DOI: 10.1007/s40820-022-00937-y

一维（1D）SiO2纳米纤维（SNFs）因其优异的化学稳定性以及独特的光学和热学特性而备受关注，是目前最受欢迎的无机纳米材料之一。静电纺丝是一种制备具有可编程结构、可管理尺寸和可修改特性的1D SNFs的直接且通用的方法，在航空航天、纳米器件和能源等诸多领域具有巨大的应用潜力。在这篇综述中，重点介绍了静电纺丝SNFs在结构设计、可控合成和多功能应用方面的重大进展。首先简要介绍了电纺SNFs的基本原理、可用原料和典型设备。然后，详细讨论了制备不同结构SNFs的策略，特别强调了新型三维SiO2纳米纤维气凝胶。重点关注SNFs脆性-柔性转变的重大突破以及实现其机械增强的方法。此外，本研究还展示了静电纺丝SNFs的最新应用，特别强调了物理保护、医疗保健和水处理。最后，作者对全文进行了总结，就电纺SNFs的未来发展方向提出了一些自己的看法。

图1.不同结构电纺SNFs在多个领域的应用。具有芯鞘、中空、多孔、分层、定向和3D组装结构的不同SNFs。

图2.a）静电纺丝基本装置示意图。b）静电纺丝过程中典型射流运动的照片。c）制备电纺SNFs的一般过程示意图。d）在空气中煅烧后SNFs的扫描电子显微镜（SEM）图像。插图是SNFs的宏观柔性展示。

图3.a）同轴静电纺丝装置示意图。b）煅烧前初纺TiO2/SiO2纳米纤维的SEM照片。插图是相应的透射电子显微镜（TEM）照片。c）煅烧后SiO2/Al2O3纳米纤维的高分辨率TEM照片。插图是由圆圈表示的部分的选定区域电子衍射图案。d）SNFs的SEM图像。插图是相应单根纳米纤维横截面的高倍SEM图像。e）SNFs的TEM图像。插图是相应单根纳米纤维的放大TEM图像。f）SiO2@TiO2纳米纤维的TEM图像。

图4.a）空心SNFs的SEM图像。插图是相应的高倍放大SEM图像。b）煅烧后空心SNFs的SEM图像。c）空心SNFs的高分辨率TEM。d）中空SNFs的放大SEM图像。e）空心SNFs的制备示意图。f）空心SNFs的形成机制示意图。g）煅烧后空心SNFs的SEM图像。插图是相应的能量色散X射线光谱。h）煅烧后空心SNFs的TEM图像。

图5.a）多孔SNFs的制备过程示意图。b）多孔SNFs的SEM图像。插图是相应的放大SEM图像。c）多孔SiO2-TiO2复合纳米纤维的制备过程示意图。d）有序介孔SNFs的可能机制。e）分层多孔TiO2-SiO2纳米纤维的形成过程示意图。f）TiO2-SiO2纳米纤维的SEM图像。插图是单根纳米纤维横截面的相应放大SEM图像。

图6.分层SNFs的SEM图像：a）镍铁氧体纳米颗粒锚定在SNFs上。b）勃姆石纳米片锚定在SNFs表面上。c）聚苯胺（PANI）涂覆SNFs。d）CuO-ZnO纳米片沉积在SNFs上。e）PA66涂覆SNFs。f）CuO纳米晶体修饰SNFs。g）Ag纳米粒子修饰SNFs。h）g-C3N4/BiOI负载SNFs。i）ZIF-8纳米晶体锚定在SNFs上。

图7.a）用于收集定向纳米纤维的共轭静电纺丝装置示意图。b）煅烧后定向纳米纤维的SEM图像。插图是相应的纳米纤维直径分布图。c）煅烧后定向纳米纤维的高分辨率TEM图像。插图是相应的电子衍射图案。d）冷冻干燥法制备SiO2纳米纤维气凝胶的示意图。e）冷冻干燥法制备的气凝胶的SEM图像。插图是显示气凝胶超轻特性的光学照片。f）通过层状堆叠法制备SiO2纳米纤维气凝胶的示意图。g）层状堆叠法制备的气凝胶的SEM图像。插图是展示气凝胶绝缘性能的光学照片。

图8.a）柔性SNFs膜的光学照片。插图是相应的柔性单根纳米纤维的SEM图像。b）SNFs的TEM图像。c）SNFs的XRD光谱。d）柔性SNFs的合理机制。e）SiO2/SnO2纳米纤维的TEM图像。f）选定区域的高分辨率TEM图像。g）SiO2/SnO2纳米纤维膜的拉伸强度和断裂韧性。h）MMT@ZrO2-SiO2纳米纤维的SEM图像。插图是软纳米纤维膜的相应光学图像。i）MMT@ZrO2-SiO2纳米纤维的TEM图像。j）ZrO2-SiO2和MMT@ZrO2-SiO2纳米纤维膜的应力-应变曲线。

图9.a）ZrO2-SiO2纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示了其分层结构。b）ZrO2-SiO2纳米纤维气凝胶热导率影响因素的示意图。c）光学和红外热图像显示了丁烷喷射气凝胶的温度分布。d）陶瓷纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示了其分层缠结网络。e）闭孔壁的吸声机理示意图。f）GO负载量对气凝胶降噪系数（NRC）和气流阻力的影响。g）相关气凝胶吸收系数的变化。h）Zr(OH)4@PVB/SiO2纳米纤维气凝胶的SEM图像，显示了其分层结构。i）气凝胶的DMMP降解机制。j）DMMP转化率与反应时间的关系图。k）所制备气凝胶催化降解DMMP初始和30分钟的提取色谱图。插图是标记峰化学物质的分子式。

图10.a）SiO2-CaO纳米纤维支架的SEM图像。b）大鼠颅骨缺损的3D重建显微CT图像。c）再生血管的定量分析。d）SEM图像显示了气凝胶的纳米纤维细胞壁。e）从蛋清中提取溶菌酶后气凝胶填充柱的动态洗脱曲线。插图是获得的洗脱液的相应凝胶电泳分析。f）预填充气凝胶柱的色谱图。g）笼状结构气凝胶的SEM图像。h）所制备的气凝胶对大肠杆菌的杀菌动力学。i）所制备气凝胶对噬菌体的杀菌测定。

图11.a）介孔SNFs的SEM图像。b）不同煅烧温度下介孔SNFs的氮气吸附-解吸等温线。c）相应的孔径分布曲线。d）相关介孔SNFs的吸附性能。e）SEM图像显示了气凝胶的开孔几何形状。插图是相应的放大SEM图像，显示了锚定在纳米纤维上的SiO2纳米颗粒。f）油包水乳液分离装置及分离前后乳液的显微照片。g）纳米纤维气凝胶的分离通量和饱和度。h）10个循环内磁通量和磁通量恢复的变化。i）SEM图像显示了气凝胶的蜂窝结构。插图是放大的SEM图像，显示了纳米纤维框架中的CNTs网络。j）光的多重散射和吸收示意图。k）在1-sun辐照条件下蒸发速率与太阳光辐照时间的关系。l）1-sun辐照条件下制备的气凝胶在不同浓度盐水中的蒸发速率。