声学微流控策略可控制备多孔聚合物微球，实现高效受限催化-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

传统批量反应器制备多孔微球存在尺寸分布宽、孔径不均、形貌难控、需额外表面活性剂及设备复杂等问题，无法满足特定应用需求。基于此，西安交通大学郝南京教授团队提出了一种基于花状声学微反应器的微流控策略，成功实现了多孔聚苯乙烯微球的快速可控制备，其孔径可在176-354 nm范围内灵活调节。该团队进一步在微球上负载Ag纳米颗粒，所制备的Ag@PPS催化剂在4-硝基苯酚还原反应中表现出优异的催化活性和循环稳定性，为水环境有机污染物治理提供了新路径。相关研究以“Acoustic Microreactor-Enabled Controllable Production of Porous Microspheres toward Efficient Confined Catalysis”为题目，发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

本文要点：

1、该研究提出了一种高效可控的声学微流控策略，用于制备尺寸可调、形貌可控的多孔聚苯乙烯（PPS）微球。

2、研究团队设计了类花状尖边声学微反应器，通过调控乙醇用量、流速、施加电压和停留时间等操作参数，可将PPS微球的孔径在176-354 nm范围内灵活调节，且反应时间从传统方法的数小时缩短至数分钟。

3、在PPS微球制备过程中，乙醇用量和停留时间的增加会显著提升孔的数量和尺寸，而当乙醇浓度达到0.154 M时，微球表面不会形成孔，而是呈现凹陷形貌。

4、通过原位化学还原法，成功在PPS微球上负载5.30%的银纳米颗粒（Ag@PPS），并将其应用于4-硝基苯酚（4-NP）还原为4-氨基苯酚（4-AP）的催化反应。

5、实验结果表明，Ag@PPS微球因具有超大比表面积、有序孔结构形成的受限微环境及丰富的活性位点，展现出优异的催化性能：10分钟内即可完成反应，准一级反应速率常数达1.18×10⁻² s⁻¹，周转频率（TOF）为907.78 h⁻¹，且经过5次循环使用后仍保持稳定的催化活性。

6、该研究不仅为多孔聚合物微球的可控制备提供了高效策略，也为受限催化微反应器中有机污染物的去除或高价值转化提供了新路径。

Ag@PPS微球在4-NP还原为4-AP的反应中表现出高催化活性的主要原因是什么？

① 载体结构优势：PPS微球具有78.68 m²/g的大比表面积（是PS微球的10倍）和有序孔结构，提供了丰富的活性位点，同时促进反应物（4-NP）和还原剂（NaBH₄）的扩散与吸附；

② 高Ag负载量：通过原位化学还原法实现5.3wt%的Ag纳米颗粒负载（远高于PS微球的1.99wt%），且Ag纳米颗粒均匀分散于微球内部和表面；

③ 受限微环境效应：PPS微球的孔结构形成受限微反应器，强化了传质过程和反应局部浓度；

④ 电子传递效率高：Ag纳米颗粒以金属态（Ag⁰）为主，作为高效电子传递介质，促进氢活性物种与4-NP的电子转移，提升反应速率。

乙醇用量通过改变水-乙醇-甲苯三元体系的相状态，直接影响PPS微球的结构与性能：

乙醇浓度127-0.151 M（纳米乳液区）：体系形成稳定纳米乳液，PPS微球的孔数量和孔径随乙醇浓度增加而显著增大，孔径从222.18 nm增至354.24 nm，比表面积维持在较高水平（78.68 m²/g左右）；
乙醇浓度<0.119 M（两相区）：体系形成多分散大乳液，PPS微球孔径分布不均、形貌可控性差；
乙醇浓度>0.151 M（单相区）：体系形成透明均相溶液，PPS微球表面无孔，呈现凹陷形貌，比表面积骤降至05 m²/g，催化活性显著下降。因此，乙醇浓度需控制在0.127-0.151 M范围内，以获得高催化性能的PPS微球。