CN109070050A

CN109070050A - 用于色谱分离的具有窄颗粒尺寸分布的包含涂布的芯的表面多孔材料、其制备方法、以及其用途

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Publication number: CN109070050A
Application number: CN201780027643.7A
Authority: CN
Inventors: N.L.劳伦斯; D.P.沃尔什; J.N.费尔柴尔德; K.D.温德姆
Original assignee: Waters Technologies Corp
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2016-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-12-21
Also published as: CN109070053A; US20240116025A1; US20240390877A1; US20190091657A1; EP3426390A1; EP3426388A1; EP3426390B1; US20230294073A1; US11642653B2; WO2017155848A1; WO2017155884A1; CN109414681A; US20190134604A1; WO2017155870A1; US20190015815A1; EP3426389A1

Abstract

本发明提供例如用于色谱分离的新型色谱材料、其制备的方法以及包含该色谱材料的分离设备；包含新型色谱材料的分离设备、色谱柱和试剂盒；以及其制备方法。本发明的色谱材料为具有窄颗粒尺寸分布的色谱材料。

Description

用于色谱分离的具有窄颗粒尺寸分布的包含涂布的芯的表面多孔材料、其制备方法、以及其用途

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2016年3月6日的美国临时申请序列号62/304,254；提交于2016年3月6日的美国临时申请序列号62/304,259；以及提交于2016年3月6日的美国临时申请序列号62/304,261的权益和优先权，这些专利的公开内容全文以引用方式并入本文中。

背景技术

二十世纪七十年代，表面多孔颗粒(也称为薄膜型熔融-芯、或核-壳颗粒)通常用作色谱吸附剂。这些早期表面多孔材料具有较薄多孔层，由二氧化硅溶胶吸附到不明确多分散无孔二氧化硅芯(>20μm)的表面制成。通常使用喷涂或使溶胶溶液流经颗粒床的工艺。二十世纪七十年代，Kirkland广泛探究了表面多孔颗粒在此期间的使用并且协助开发了Zipax品牌表面多孔材料。Kirkland职业经历的综述由Unger(Journal of ChromatographyA,1060(2004)1)提供。

表面多孔颗粒为过去五年内极为活跃的研究领域。对于完全多孔(EP84,979B1，1996)和表面多孔颗粒(AdvancedMaterials 1998,10,1036)两者，使用混合缩合的四烷氧硅烷与YSi(OR)₃型(其中Y包含烷基或芳基基团，并且R为甲氧基或乙氧基)有机硅烷的一个先前报告已由Unger进行了报道。这些颗粒不具有足以有效用于UPLC的尺寸(1-2μm)，它们也不包含在色谱上有增进作用的孔几何特征。窄分布表面多孔颗粒已由Kirkland(美国申请20070189944)使用逐层递进方法(LBL)进行报道——然而，这些颗粒并非呈高度球形。其它以表面活性剂为模板的方法可得到低产率的窄分布、完全多孔颗粒，然而这些方法却尚未用于制备在色谱上有增进作用的孔几何特征的单分散性球形表面多孔颗粒。

目前市售的表面多孔颗粒使用较小(<2μm)单分散性球形高纯度的无孔二氧化硅芯。形成了多孔层，从而这些颗粒生长至1.7-2.7μm的最终直径。多孔层的厚度和孔径被最优化成适用于特定的应用(例如较小vs.较大分子分离)。为了移除高分子电解质、表面活性剂、或粘合剂(合成期间添加的附加试剂)并强化颗粒以用于HPLC或UPLC应用，对这些材料进行煅烧(空气中500-1000℃)。附加的孔扩大、酸处理、再羟基化和粘合步骤已有报道。

对表面多孔材料的评价(例如Journal ofChromatography A,1217(2010)1604–1615；Journal ofChromatography A,1217(2010)1589–1603)表明柱性能的改善可利用填充有这些表面多孔材料的柱来实现。尽管不受理论限制，在范第姆特条款以及改善的热导率中注意到改善。科克大学(University of Cork)也有一项关于表面多孔颗粒的最近专利申请(WO 2010/061367 A2)。

虽然这些报道的表面多孔颗粒工艺有所不同，但它们可分类为使预形成溶胶成层(例如AMT方法)或使用高纯度四烷氧硅烷单体进行生长(例如科克大学方法)。AMT和科克大学方法的类似之处在于它们使用离心，随后再分散来引入重复的过程内后处理(九次以上)。对于AMT方法，这是应用带正电高分子电解质和带负电二氧化硅溶胶的交替层的逐层递进方法所必需的。对于科克大学方法，过程内后处理用于减少再引晶和附聚事件。经由FIB/SEM分析，该方法制备的颗粒具有平滑的颗粒表面并有显著的层形成。虽然这两种方法均使用颗粒尺寸随多孔层增加而增大的类似球形单分散性二氧化硅芯，但它们在表面多孔颗粒的最终颗粒形态上有所不同。AMT方法(如图8所示)导致不平的表面特征以及多孔层厚度变化。该表面形态的差异可能是由于溶胶的初始形成层变化。最值得注意的是，这两种方法均使用在空气中高温热处理来移除添加剂(高分子电解质或表面活性剂)并改善了其表面多孔颗粒的机械性能。因为杂化材料在600℃以上热不稳定，该方法不适用于形成杂化表面多孔颗粒。

预期合成的窄颗粒尺寸分布多孔色谱颗粒对于色谱分离有很大益处。此类颗粒应当具有柱效率与反向压力的最佳平衡。虽然对单分散性表面多孔二氧化硅颗粒的描述已在文献中有所提及，对于多种色谱应用，这些颗粒并未展示出在色谱上有增进作用的孔几何特征以及期望的孔径。因此，仍然需要一种可制备出具有期望的孔径以及在色谱上有增进作用的孔几何特征的窄颗粒尺寸分布多孔材料的方法。类似地，仍然需要一种可制备出在高pH流动相下化学稳定性得到改善的窄颗粒尺寸分布多孔材料的方法。

发明概述

在一个方面，本发明提供一种表面多孔材料，其包含涂布的芯以及围绕该芯的一个或多个多孔壳材料层，其中所述涂布的芯包含涂布有芯涂布材料的颗粒尺寸上无孔芯材料。

在另一方面，本发明提供了一种表面多孔材料，其包含涂布有芯涂布材料的基本上无孔芯材料和围绕该涂布材料的一个或多个多孔壳材料层。

在某些实施方案中，本发明的材料由表面多孔颗粒构成。在其它实施方案中，本发明的材料由表面多孔整料构成。

在某些实施方案中，本发明的材料具有基本上窄颗粒尺寸分布。在特定实施方案中，材料颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.55；1.00-1.10或1.05-1.10。在具体的实施方案中，芯具有基本上窄颗粒尺寸分布。在特定实施方案中，芯颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.55；1.00-1.10或1.05-1.10。

在某些实施方案中，本发明的材料具有在色谱上有增进作用的孔几何特征。

在其它实施方案中，本发明的材料具有微孔的小群体。

在某些实施方案中，基本上无孔芯材料为二氧化硅；涂布有无机/有机杂化周围材料的二氧化硅；磁性芯材料；涂布有二氧化硅的磁性芯材料；高热导率芯材料；涂布有二氧化硅的高热导率芯材料；复合材料；无机/有机杂化周围材料；涂布有二氧化硅的复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的磁性芯材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的高热导率芯材料；无机芯材料；或涂布有另一种无机材料的无机芯材料。

在本发明的另一方面，所述无孔芯在被壳材料涂布之前用芯涂布材料进行涂布。如本文所用，术语“涂布的芯”与“涂布有芯涂布材料的芯”互换使用。

在另一个实施方案中，复合材料包括磁性添加剂材料或高热导率添加剂或它们的组合。

在某些实施方案中，芯涂布材料为无机材料、有机材料、或无机/有机杂化材料。在某些实施方案中，多孔壳材料为多孔二氧化硅；多孔复合材料；或多孔无机/有机杂化材料。

在包括超过一个多孔壳材料层的具体实施方案中，各个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔二氧化硅、多孔复合材料或它们的混合物。

在一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为复合材料，并且多孔壳材料为多孔二氧化硅。

在其它实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为复合材料，并且多孔壳材料为多孔无机/有机杂化材料。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为复合材料，并且多孔壳材料为复合材料。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为二氧化硅，并且多孔壳材料为多孔复合材料。

在某些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为二氧化硅，并且多孔壳材料为多孔无机/有机杂化材料。

在某些其它实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为磁性芯材料，并且多孔壳材料为多孔二氧化硅。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为磁性芯材料，并且多孔壳材料为多孔无机/有机杂化材料。

在其它实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为磁性芯材料，并且多孔壳材料为复合材料。

在一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为高热导率芯材料，并且多孔壳材料为多孔二氧化硅。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为高热导率芯材料，并且多孔壳材料为多孔无机/有机杂化材料。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯为涂布的芯，其中芯材料为高热导率芯材料，并且多孔壳材料为复合材料。

在某些实施方案中，多孔无机/有机杂化壳材料具有式：

(SiO₂)_d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)_m] (I)

其中，

R和R¹各自独立地为C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₅-C₁₈芳氧基、或C₁-C₁₈杂芳基；

R₂为C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₁-C₁₈杂芳基；或不存在；其中每个R²与两个或更多个硅原子连接；

p和q各自独立地为0.0至3.0，

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R¹和R²被任选地取代；

前提条件是：(1)当R²不存在时，m＝1，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R²存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

在其它实施方案中，多孔无机/有机杂化壳材料具有式：

(SiO₂)_d/[(R)_p(R¹)_qSiO_t] (II)

其中，

d为0至约30；

p和q各自独立地为0.0至3.0，前提条件是当p+q＝1时，则t＝1.5；当p+q＝2时，则t＝1；或者当p+q＝3时，则t＝0.5。在另一些实施方案中，多孔无机/有机杂化壳材料具有式：

(SiO₂)_d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (III)

其中，

R¹为C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₅-C₁₈芳氧基、或C₁-C₁₈杂芳基；

R²为C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₁-C₁₈杂芳基；或不存在；其中每个R²与两个或更多个硅原子连接；

d为0至约30；

r为0、1或2，前提条件是当r＝0时，则t＝1.5；当r＝1时，则t＝1；或者当r＝2时，则t＝0.5；并且

m为1-20的整数。

在另一些实施方案中，多孔无机/有机杂化壳材料具有式：

(A)_x(B)_y(C)_z (IV)

其中重复单元A、B和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；A为经由有机键共价键合到一个或多个重复单元A或B的有机重复单元；B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或C且可经由有机键进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元；C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或C的无机重复单元；x和y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在某些实施方案中，z＝0，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。

在其它实施方案中，多孔无机/有机杂化壳材料具有式：

(A)_x(B)_y(B*)_y*(C)_z (V)

其中重复单元A、B、B*和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；A为经由有机键共价键合到一个或多个重复单元A或B的有机重复单元；B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C并可经由有机键而进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元，B*为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的有机硅氧烷重复单元，其中B*为不具有反应性(即可聚合的)有机组分且可进一步具有可在聚合后去保护的受保护官能团的有机硅氧烷重复单元；C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的无机重复单元；x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

在本发明的材料包括超过一个多孔壳材料层的某些实施方案中，各个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔二氧化硅、多孔复合材料或它们的混合物。

在某些实施方案中，本发明材料的芯在芯的表面附近具有增大的杂化物含量。

在其它实施方案中，本发明材料的芯在芯的表面附近具有减小的杂化物含量。

在某些实施方案中，本发明的材料在表面多孔材料的表面附近具有增大的杂化物含量。

在其它实施方案中，本发明的材料在表面多孔材料的表面附近具有减小的杂化物含量。

在本发明的材料包含复合材料的具体实施方案中，复合材料包括磁性添加剂材料。在一些此类实施方案中，磁性添加剂材料在室温下具有大于15emu/g的质量磁化率。在另一些实施方案中，磁性添加剂材料为铁磁材料。在又一些实施方案中，磁性添加剂材料为亚铁磁材料。在具体的实施方案中，磁性添加剂材料为磁铁矿；磁赤铁矿；钇铁石榴石；钴；CrO₂；包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体；或它们的组合。

在本发明材料包含磁性芯材料的具体实施方案中，磁性芯材料在室温下具有大于15emu/g的质量磁化率。在另一些实施方案中，磁性芯材料为铁磁材料。在又一些实施方案中，磁性芯材料为亚铁磁材料。在具体的实施方案中，磁性芯材料为磁铁矿；磁赤铁矿；钇铁石榴石；钴；CrO₂；包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体；或它们的组合。

在本发明材料包含复合材料的具体实施方案中，复合材料包括高热导率添加剂材料，复合材料包括磁性添加剂材料。在一些此类实施方案中，高热导率添加剂为结晶或无定形碳化硅、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。在其它实施方案中，高热导率添加剂为金刚石。

在本发明材料包含高热导率芯材料的具体实施方案中，高热导率芯材料为结晶或无定形碳化硅、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。

在某些实施方案中，本发明的材料具有高度球形芯形态；棒形芯形态；弯曲棒形芯形态；环形芯形态；或哑铃形芯形态。

在特定实施方案中，本发明的材料具有高度球形、棒形、弯曲棒形、环形或哑铃形芯形态的混合物。

在特定实施方案中，本发明的材料具有比常规的完全多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。在其它实施方案中，本发明的材料具有比可比较的表面多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。

在特定实施方案中，本发明的材料具有比相同尺寸的完全多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。在其它实施方案中，本发明的材料具有比相同尺寸的表面多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。

在特定实施方案中，相比于常规的完全多孔二氧化硅，本发明的材料能够形成渗透性改善的填充床。在另一些实施方案中，相比于可比较的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的材料能够形成渗透性改善的填充床。

在特定实施方案中，相比于相同尺寸的完全多孔二氧化硅颗粒，本发明的材料能够形成渗透性改善的填充床。在另一些实施方案中，相比于相同尺寸的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的材料能够形成渗透性改善的填充床。

在特定实施方案中，本发明的材料具有相比于常规的未粘合的完全多孔二氧化硅颗粒对高pH流动相改善的化学稳定性。在另一些实施方案中，相比于可比较的未粘合的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的材料对高pH流动相的化学稳定性得到改善。

在特定实施方案中，本发明的材料具有相比于相同尺寸的未粘合的完全多孔二氧化硅颗粒对高pH流动相改善的化学稳定性。在另一些实施方案中，相比于相同尺寸的未粘合的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的材料对高pH流动相的化学稳定性得到改善。

在某些实施方案中，芯具有0.5-10μm；0.8-5.0μm；或1.3-3.0μm的颗粒尺寸。

在其它实施方案中，各个多孔层独立地为0.05μm至5μm的厚度，如垂直于无孔芯的表面测量的；0.06μm至1μm的厚度，如垂直于无孔芯的表面测量的；或0.20μm至0.70μm的厚度，如垂直于无孔芯的表面测量的。

在特定实施方案中，本发明的材料具有0.8-20.0μm；1.1-5.0μm；或1.3-2.9μm的平均颗粒尺寸。

在其它实施方案中，本发明的材料具有平均直径为约约约或约的孔。

在另一些实施方案中，本发明的材料具有平均孔体积为约0.05-1.0cm³/g；约0.09-0.50cm³/g；约0.11-0.45cm³/g；或约0.17-0.30cm³/g的孔。

在另一些实施方案中，本发明的材料具有约10m²/g至600m²/g；约15m²/g至300m²/g；或约60m²/g至200m²/g的表面积。

在另一些方面，本发明的材料被表面改性。在特定实施方案中，本发明的材料通过如下方式表面改性：

涂布聚合物；

涂布聚合物，有机基团和硅烷醇基团改性的组合；

有机基团改性和涂布聚合物的组合；

硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合；

在材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键；或者

有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合。

在本发明的某些实施方案中，表面多孔材料具有平滑表面。在本发明的其它实施方案中，表面多孔材料具有粗糙表面。

在另一方面，本发明提供一种制备表面多孔材料的方法，包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；

b.)用芯涂布材料涂布所述基本上无孔芯材料，以形成涂布的芯；以及

c.)向所述涂布的芯施加一个或多个多孔壳材料层，以形成表面多孔材料。

在某些实施方案中，用于制备表面多孔材料的方法还包括以下步骤：

d.)对表面多孔材料的一个或多个特性进行优化。

在某些方面，芯涂布材料和无孔芯由不同的材料构成。在其它方面，芯涂布材料和芯由相同的材料构成。

在另一些方面，芯涂布材料由增强选自以下的一种或多种特征的材料构成：色谱选择性、柱化学稳定性、柱效率、以及机械强度。类似地，在其它方面，芯由增强选自以下的一种或多种特征的材料构成：色谱选择性、柱化学稳定性、柱效率和机械强度。

在其它方面，芯涂布材料由提供亲水/亲油平衡(HLB)、表面电荷(例如等电点或硅烷醇pKa)、和/或表面功能性变化以增强色谱分离的材料构成。

在另一些方面，芯涂布材料独立地源于：使一种或多种聚合物有机官能金属前体和/或聚合物金属氧化物前体在芯的表面上缩合；或者将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与聚合物金属氧化物前体的混合物施加于芯的表面上。

在某些方面，芯涂布材料为无机材料、有机材料、或无机/有机杂化材料。在特定实施方案中，芯涂布材料为无机/有机杂化材料。

在芯涂布材料为无机或无机/有机杂化材料的某些方面，芯涂布材料的无机部分独立地选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、或氧化锆、以及陶瓷材料。在某些其它方面，芯涂布材料的无机部分为铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。

在另一些方面，芯涂布材料独立地源于：使一种或多种有机官能硅烷和/或四烷氧基硅烷在芯的表面上缩合，或者

将部分缩合的有机官能硅烷、两种或更多种有机官能硅烷的混合物、或一种或多种有机官能硅烷与一种四烷氧基硅烷(即四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷)的混合物施加于芯的表面上。

在一些方面，涂布的芯可独立地为多孔或无孔。此外，涂布的芯的孔结构可独立地具有或不具有有序孔结构。在某些方面，涂布的芯可具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。

在其它方面，芯涂布材料可独立地包含0-100摩尔％的杂化材料。在特定方面，芯涂布材料的无机部分可独立地以约0摩尔％至不超过约25摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔(如果存在)基本上无序。类似地，芯涂布材料的无机部分可独立地以约25摩尔％至不超过约50摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔(如果存在)基本上无序，并且其中芯涂布材料独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。

在一些方面，芯涂布材料可包括式I的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)_m]； (I)

其中，

R²为C1-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₁-C₁₈杂芳基；或不存在；其中每个R²与两个或更多个硅原子连接；

p和q各自独立地为0.0至3.0；

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R¹和R²被任选地取代；前提条件是：

(1)当R²不存在时，m＝1，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R²存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

在其它方面，芯涂布材料可包括式II的材料：

(SiO₂)_d/[(R)_p(R¹)_qSiOt] (II)；

其中，

d为0至约30；

p和q各自独立地为0.0至3.0，前提条件是当p+q＝1时，则t＝1.5；当p+q＝2时，则t＝1；或者当p+q＝3时，则t＝0.5。在另一些方面，芯涂布材料可包括式Ⅲ的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (III)

其中，

d为0至约30；

r为0、1或2，前提条件是当r＝0时，则t＝1.5；或者当r＝1时，则t＝1；或者当r＝2时，则t＝0.5；并且

m为1-20的整数。

在另外方面，芯涂布材料可包括式IV的材料：

(A)_x(B)_y(C)_z (IV)，

其中重复单元A、B和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；

A为经由有机键共价键合到一个或多个重复单元A或B的有机重复单元；

B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或C且可经由有机键进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元；

C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或C的无机重复单元；并且

x和y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。

在另一些方面，芯涂布材料可包括式V的材料：

(A)_x(B)_y(B*)_y*(C)_z (V)，

其中重复单元A、B、B*和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；

B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C且可经由有机键进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元；

B*为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的有机硅氧烷重复单元，其中B*为不具有反应性(即可聚合的)有机组分且可进一步具有可在聚合后去保护的受保护官能团的有机硅氧烷重复单元；

C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的无机重复单元；并且

x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

在某些方面，本发明提供无机/有机杂化材料，其中芯涂布材料为包含有序区域的多孔杂化无机/有机材料，具有下式IV、V或VI：

(A)_x(B)_y(C)_z (式IV)

x，y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0，则

0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210；

(A)_x(B)_y(B*)_y*(C)_z (式V)

x、y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1。在

某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则

0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210；或

[A]_y[B]_x (式VI)，

其中x，y和y*为完整数，并且A为

SiO₂/(R¹ _pR² _qSiO_t)_n或SiO₂/[R³(R¹ _rSiO_t)_m]_n；

其中R¹和R²独立地为取代或未取代的C₁至C₇烷基基团、或取代或未取代的芳基基团，R³为桥连两个或更多个硅原子的取代或未取代的C₁至C₇烷基、烯基、炔基、或亚芳基基团，p和q为0、1、或2，前提条件是p+q＝1或2，并且当p+q＝1时，t＝1.5，并且当p+q＝2时，t＝1；r为0或1，前提条件是当r＝0时，t＝1.5，并且当r＝1时，t＝1；m为大于或等于2的整数；并且n为0.01至100的数；

B为：

SiO₂/(R⁴ _vSiO_t)_n

其中R⁴为羟基、氟、烷氧基、芳氧基、取代的硅氧烷、蛋白质、肽、碳水化合物、核酸、或它们的组合，R⁴不为R¹、R²、或R³；v为1或2，前提条件是当v＝1时，t＝1.5，并且当v＝2时，t＝1；并且n为0.01至100的数；

其中式VI的材料具有内部区域和外部表面，并且所述材料的所述内部区域具有由A表示的组分；所述材料的所述外部表面具有由A和B表示的组分，并且其中所述外部组分为介于约1至约99％之间的B组分和包含A的其余部分。

在其它方面，本发明提供一种已被通过涂布聚合物表面改性的涂布的芯。在某些方面，涂布的芯已被具有式Z_a(R’)_bSi-R”的表面改性剂表面改性，其中Z＝Cl，Br，I，C₁-C₅烷氧基，二烷基氨基或三氟甲磺酸酯；a和b各自为0至3的整数，前提条件是a+b＝3；R’为C₁-C₆直链、环状或支链烷基基团，并且R”为官能化基团。

在某些方面，本发明提供了一种芯涂布材料，其还包含分散在芯涂布材料之的纳米颗粒。在其它方面，纳米颗粒可为超过一种纳米颗粒的混合物，并且可为结晶或无定形的。在另一些方面，纳米颗粒可为碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、它们的氧化物、以及它们的氮化物。

在另一方面，本发明提供了一种无机/有机杂化颗粒，其包含具有芯涂布材料的杂化颗粒芯，其中所述颗粒具有式：

(Y(CH₂)_nSiO_1.5)_X(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_y(SiO₂)_Z

其中：

每个Y独立地为-OH、-NH₂、-NR₂、-NR₂R’+、SH、S(O)_0-2R、S(O)_0-2O^-、C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₅-C₁₈芳氧基、或C₁-C₁₈杂芳基芳基、C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₅-C₁₈芳氧基、或C₁-C₁₈杂芳基；

每个R和R’独立地为C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、C₅-C₁₈芳氧基、或C₁-C₁₈杂芳基；

n为0至18；

x、y和z独立地为约0.0至约1.0，其中y+z为1.0-x，并且y比z大约3.0至约5.0倍。

在某些方面，Y为-OH，且n为3。在其它方面，x为1.0。在另一些方面，Y为-OH，n为3并且x为1.0。在另一些方面，n为3至12、3至8。

在某些实施方案中，基本上无孔芯材料为：二氧化硅；涂布有无机/有机杂化周围材料的二氧化硅；磁性芯材料；涂布有二氧化硅的磁性芯材料；高热导率芯材料；涂布有二氧化硅的高热导率芯材料；复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的复合材料；涂布有二氧化硅的复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的磁性芯材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的高热导率芯材料；无机芯材料；或涂布有另一种无机材料的无机芯材料。

在其它实施方案中，对于多孔壳材料的各个层，其中各个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔二氧化硅、多孔复合材料或它们的混合物。

在另一些实施方案中，使用溶胶、高分子电解质或可化学降解聚合物来施加多孔壳材料的各个层，其中：

a)溶胶为无机溶胶、杂化溶胶、纳米颗粒、或它们的混合物；以及

b)使用化学提取、降解、或在小于600℃的温度下热处理、或它们的组合，从材料移除高分子电解质或可化学降解聚合物。

在某些实施方案中，多孔壳材料的各个层通过可离子化基团的静电或酸/碱相互作用形成来施加，包括以下步骤：

a)使基本上无孔芯与具有可离子化基团的烷氧基硅烷预粘合，

b)用溶胶处理基本上无孔芯，所述溶胶为无机、杂化、纳米颗粒、或它们的混合物，已预粘合有具有与芯的表面上可离子化基团的电荷相反的可离子化基团的烷氧基硅烷；以及

c)用溶胶在材料上形成附加层，所述溶胶为无机、杂化、纳米颗粒、

或它们的混合物，已预粘合有具有与前层的可离子化基团的电荷相反的可离子化基团的烷氧基硅烷。

在特定实施方案中，基本上无孔芯或溶胶的预粘合包括用酸或碱、或带电高分子电解质洗涤。在其它实施方案中，基本上无孔芯或溶胶的预粘合包括可用的杂化有机基团的化学转化。

在另一些实施方案中，可用的杂化有机基团为芳族基团，其可发生磺化、硝化、胺化、或氯甲基化，之后氧化或被含胺基团亲核取代，以形成可离子化基团。在另一些实施方案中，可用的杂化有机基团为烯烃基团，其可发生氧化、交叉复分解、或聚合，以形成可离子化基团。在具体的实施方案中，可用的杂化有机基团为硫醇基团，其可发生氧化、自由基加成、亲核取代、或聚合，以形成可离子化基团。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯或溶胶的预粘合包括与公式1的具有可离子化基团的烷氧基硅烷键合，

R(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式1)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

Y表示氯、二甲氨基、三氟甲磺酸酯基、甲氧基、乙氧基、或长链烷氧基基团；

R表示碱性基团，包括(但不限于)-NH₂、-N(R’)H、-N(R’)₂、-N(R’)₃ ⁺、-NH(CH₂)_mNH₂、-NH(CH₂)_mN(R’)H、-NH(CH₂)_mN(R’)₂、-NH(CH₂)_mN(R’)₃ ⁺、吡啶基、咪唑基、聚胺。

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团；

m为2-6。

在另一些实施方案中，基本上无孔芯或溶胶的预粘合包括与公式2的具有可离子化基团的烷氧基硅烷键合，

A(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式2)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

A表示酸性基团，包括(但不限于)磺酸、羧酸、磷酸、硼酸、芳基磺酸、芳基羧基、芳基膦酸、以及芳基硼酸；

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团。

在特定实施方案中，使用高分子电解质或可化学降解聚合物来施加多孔壳材料的各个层。

在其它实施方案，通过化学提取、降解、或在小于600℃的温度下热处理、或它们的组合，从材料移除高分子电解质或可化学降解聚合物。

在某些实施方案中，使用烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、纳米颗粒、聚有机烷氧基硅氧烷、或它们的组合来施加多孔壳材料的各个层，包括以下步骤：

a)在包含乙醇、水和氢氧化铵并任选地包含非离子表面活性剂、离子表面活性剂、高分子电解质或聚合物的反应混合物中，使硅氧烷前体缩合在基本上无孔芯上，以形成多孔壳材料；以及

b)通过提取、降解、氧化、水解、去保护、或杂化基团转化、离子表面活性剂或非离子表面活性剂或它们的组合来引入孔隙度。

在特定实施方案，在包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂；以及非离子面活性剂的溶液中，使烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、纳米颗粒、聚有机烷氧基硅氧烷、或它们的组合缩合在基本上无孔芯上。

在其它实施方案，离子表面活性剂为C₁₀-C₃₀N(R)₃ ⁺X^-，其中R为甲基、乙基、丙基、烷基、氟代烷基；X为卤素、氢氧根离子、或R’SO₃ ^-或R’CO₂ ^-形式，其中R’为甲基、乙基、丁基、丙基、异丙基、叔丁基、芳基、甲苯基、卤代烷基或氟代烷基基团。

在另一些实施方案中，离子表面活性剂为十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、或十二烷基三甲基氯化铵。

在特定实施方案，离子表面活性剂的浓度在反应溶液中维持介于5-17mM之间；或在某些实施方案中，介于8-14mM之间。

在其它实施方案，非离子表面活性剂为二嵌段或三嵌段共聚物。在某些实施方案中，共聚物为(PEO)x(PPO)y(PEO)x，

其中

PEO为聚环氧乙烷重复单元，

PPO为聚环氧丙烷重复单元，

x为介于5-106之间的整数，

y为介于30-85之间的整数。

在特定实施方案，三嵌段共聚物为P123，具有(PEO)₂₀(PPO)₇₀(PEO)₂₀。在另一些实施方案中，使烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合在包含以下项的溶液中缩合于基本上无孔芯上：

乙醇、水、氢氧化铵或它们的组合；八烷基三甲基溴化铵；以及

P123。

在某些实施方案中，所用的烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

在另一些实施方案中，有机硅氧烷选自苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，l,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；l,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；l,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；l,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；或1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯。

在另一些实施方案中，所用的烷氧基硅烷为四乙氧基硅烷，并且所用的有机烷氧基硅烷为1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。

在某些其它实施方案中，十八烷基三甲基溴化铵的浓度维持介于8-14mM之间。

在某些其它实施方案中，十八烷基三甲基溴化铵与P123的摩尔比维持于1.30或1.30以上。

在另一些实施方案中，烷氧基硅烷与有机烷氧基硅烷的摩尔比范围介于30:1至1:30之间。

在某些实施方案中，将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合在乙醇中预稀释。在某些此类实施方案中，将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以缓慢且恒定的速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。在其它此类实施方案中，将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以介于5-500μL/min之间的速率添加。

在其它实施方案，将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液以缓慢且恒定速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。在某些此类实施方案中，将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液在介于维持均一比率的颗粒表面积(m²)与反应体积所需的速率至维持均一比率的颗粒体积(m³)与反应体积所需的速率之间的范围内添加。

在某些实施方案中，表面活性剂混合物通过以下项中的一者或多者移除：采用酸、水、或有机溶剂提取；臭氧分解处理、<600℃热处理、或介于500-1300℃之间的热处理。

在另一些实施方案中，表面活性剂混合物通过酸提取和臭氧分解处理的组合移除。

a)在包含乙醇、水或氢氧化铵的反应混合物中，使硅氧烷前体缩合在基本上无孔芯上，以形成无孔杂化无机/有机壳材料；以及

b)通过提取、降解、氧化、水解、去保护、或杂化基团转化或它们的组合来引入孔隙度。

在一些此类实施方案中，所用的烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

在其它此类实施方案中，将有机硅氧烷选择为以下组中的一者或多者：苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；或1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷，以及十二烷基三乙氧基硅烷。

在另一些此类实施方案中，所用的烷氧基硅烷为四乙氧基硅烷，并且所用的有机烷氧基硅烷为十八烷基三甲氧基硅烷。

在某些此类实施方案中，将烷氧基硅烷、一种或多种有机烷氧基硅烷、或它们的组合在乙醇中预稀释。

在一些此类实施方案中，将烷氧基硅烷、一种或多种有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以缓慢且恒定的速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

在其它此类实施方案中，将烷氧基硅烷、一种或多种有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以介于5-500μL/min之间的速率添加。

在某些实施方案，将包含乙醇、水和氢氧化铵的第二溶液以缓慢且恒定速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

在某些其它实施方案中，将包含乙醇、水和氢氧化铵的第二溶液在介于维持颗粒表面积(m²)与反应体积的均一比率所需的速率至维持颗粒体积(m³)与反应体积的均一比率所需的速率之间的范围内添加。

在某些实施方案中，孔隙度通过以下项中的一者或多者，通过提取、降解、水解、去保护、或杂化基团转化而引入：采用酸、水、或有机溶剂提取；臭氧分解处理、<600℃热处理、或介于500-1300℃之间的热处理。

在另一些实施方案中，孔隙度通过酸提取、臭氧分解处理和/或<600℃热处理的组合，通过提取、降解、水解、去保护、或杂化基团转化而引入。

在某些实施方案中，使用式XX的混合物施加各个层。

(D)_d(E)_e(F)_f (式XX)

其中，

a)d+e+f＝1，

b)D为初始缩合时的一种或多种无机组分，

c)E为初始缩合时的一种或多种杂化组分，并且

d)F为初始缩合时的一种或多种杂化组分，其可进一步反应以增大表面多孔层的孔隙度。

在某些此类实施方案中，初始缩合时无机组分(D)的前体选自硅、钛、锆、或铝的氧化物、氢氧化物、乙醇盐、甲醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、仲丁醇盐、叔丁醇盐、异丁醇盐、酚盐、乙基己醇盐、2-甲基-2-丁醇盐、壬醇盐、异辛醇盐、羟乙酸盐、羧酸盐、硝酸盐、氯化物、以及它们的混合物。

在其它此类实施方案中，初始缩合时无机组分(D)的前体选自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三异丙醇甲基钛、三苯酚甲基钛、烯丙基乙酰乙酸三异丙醇钛、甲基丙烯酸三异丙醇钛、甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三异丙醇钛、五甲基环戊二烯基三甲氧基钛、五甲基环戊二烯基三氯化钛、以及甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三正丙醇锆。

在另一些此类实施方案中，初始缩合时杂化组分(E)的前体选自1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。

在另一些此类实施方案中，可进一步反应增大表面多孔层的孔隙度的初始缩合时杂化组分(F)的前体选自苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷；乙酰氧基乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；溴乙基三甲氧基硅烷；溴乙基三乙氧基硅烷；氟三乙氧基硅烷；氟三甲氧基硅烷；以及以下类型的烷氧基硅烷：

(CH₃CH₂O)_4-vSi(OR*)_v (式XXb)

其中

R*为对应的十八烷基、十二烷基、辛基、2-乙氧基乙基、或3-乙基-3-戊基基团，

v为等于1-4的整数。

在此类实施方案中，孔隙度通过脱甲硅基化、水解、去保护、酸提取、<500℃热处理、氧化、臭氧分解或分解，使杂化基团F反应来引入。

在本发明的某些实施方案中，该方法提供在该过程中形成1-50个层的材料。在其它方面，形成2-30个层。在另一些方面，形成1-5个层。在另一些方面，形成1-2个层。

在本发明的某些实施方案中，通过酸提取、分级、臭氧分解处理、水热处理、酸处理或它们的组合将表面多孔材料最优化。

在本发明的另一些实施方案中，表面多孔材料进一步被表面改性。在一些方面，通过：涂布聚合物；涂布聚合物，有机基团和硅烷醇基团改性的组合；有机基团改性和涂布聚合物的组合；硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合；在材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键；或者有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合进行表面改性。

在另一方面，本发明提供一种使基本上无孔材料的孔隙度增大的方法，包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；以及

b.)向所述芯材料施加一个或多个多孔壳材料层，以形成表面多孔材料。

在另一方面，本发明提供了一种具有包含本发明表面多孔材料的固定相的分离设备。在某些实施方案中，所述设备选自色谱柱、薄层板、滤膜、微流体分离设备、样品提纯设备、固体载体、固相提取设备、微芯片分离设备、以及微量滴定板。

在某些其它实施方案中，分离设备用于选自以下的应用：固相提取、高压液相色谱、超高压液相色谱、组合化学、合成、生物测定、超高效液相色谱、超快速液相色谱、超高压液相色谱、超临界流体色谱、以及质谱。在另一些实施方案中，分离设备用于生物测定，并且其中生物测定为亲和测定或离子交换测定。

在另一方面，本发明提供了一种色谱柱，包括：

a)柱，其具有用于接受填充材料的圆柱形，以及

b)填充色谱床，其包含本发明的表面多孔材料。

在另一方面，本发明提供了一种色谱设备，包括：

a)内部通道，其用于接受填充材料，以及

b)填充色谱床，其包含本发明的表面多孔材料。

在另一方面，本发明提供了一种包括本发明的表面多孔材料以及使用说明书的试剂盒。在某些实施方案中，该说明书用于与分离设备一起使用。在某些其它实施方案中，分离设备选自色谱柱、薄层板、微流体分离设备、固相提取设备、滤膜、样品提纯设备以及微量滴定板。

附图说明

图1为得自实施例1的产物1h(顶部)和1l(底部)的SEM分析以供比较。

图2为得自实施例5的产物5a的SEM分析。

图3为得自实施例11的产物11b的SEM分析。

图4为得自实施例73的产物金刚石芯(顶部)和产物73L1(底部)的SEM分析。

图5为得自实施例74的产物74L3的SEM分析。

图6为得自实施例76和77的产物76L2(顶部)和77L2(底部)的SEM分析。

图7为实施例44的所选表面多孔颗粒的SEM(左侧)和FIB/SEM(左侧，中间)分析。

图8为HALO(AMT)表面多孔颗粒的SEM(左侧)和FIB/SEM分析。

图9示出在颗粒填充到HPLC柱之前(a)，以及在颗粒填充到HPLC柱之后，在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试，并从柱挤出(b)的代表性颗粒的SEM图像。

图10示出在颗粒填充到HPLC柱之前(a)，以及在颗粒填充到HPLC柱中之后，在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试，并从柱挤出(b&c)的代表性颗粒(经由研钵和研杵碾碎)的SEM图像。

图11示出显示颗粒填充之前以及在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试的芯侵蚀的表面多孔颗粒的BIB-SEM图像。

图12示出BIB-SEM图像：在暴露于高pH测试条件之前(a和b)和暴露于高pH测试条件之后(c&d)的竞争物A和竞争物B颗粒。测试条件：10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃

图13A显示示出就竞争物柱而言颗粒尺寸对高pH稳定性影响的色谱结果，如由4-sigma初始效率的百分比变化(a)和半高效率的百分比变化(b)所测定。图13B显示示出就竞争物柱而言颗粒尺寸对高pH稳定性影响的色谱结果，如由拖尾因子(c)和压力百分比变化(d)所测定。

图14示出样品8——在暴露于高pH条件之前(a)和之后(b)一次性添加100％BTEEPEOS的NPS芯。

图15示出样品3——在暴露于pH之前(a)和之后(b)经一次性添加的Zr表面改性的NPS芯。

图16示出样品5——在暴露于pH之前(a)和之后(b)经两次性添加的Zr表面改性的NPS芯。

图17示出暴露于高pH条件之前(a)和之后(b)的对照NPS芯。

图18示出在暴露于高pH条件之前(a)和之后(b)，相比于对照在较高热温度下处理的NPS芯。

图19示出在NPS芯上产生杂化表面的过程的实施方案。

图20A和20B示出高pH稳定性结果，如由4-sigma初始效率的百分比变化(a)，半高效率的百分比变化(b)，拖尾因子(c)，压力百分比变化(d)所示，详细测试条件在“样品测试1”中有所描述。

图21示出(a)状态1——多孔层与颗粒芯直接接触；(b)状态2——多孔层与颗粒芯的熔凝、聚结、或烧结外观；(c)状态3——多孔层与颗粒芯不接触。

图22示出描述实施例CC-25中所述途径的示意图。

图23显示本发明材料的横截面，示出颗粒芯上的芯涂布材料以及多孔层表面上的周围材料。

具体实施方式

本发明提供例如用于色谱分离的新型色谱材料、其制备的方法以及包含该色谱材料的分离设备。通过参照以下列出的定义更充分地描述本发明。

定义

“杂化物”(包括“杂化无机/有机材料”)包括基于无机的结构，其中有机官能团与内部或“骨架”无机结构以及杂化材料表面均成一整体。杂化材料的无机部分可为例如氧化铝、二氧化硅、钛、铈，或者“杂化物”包括基于无机的结构，其中有机官能团与内部或“骨架”无机结构以及杂化材料表面均成一整体。杂化材料的无机部分可为例如氧化铝、二氧化硅、钛、铈、或氧化锆、或陶瓷材料；在一个有利的实施方案中，杂化材料的无机部分为二氧化硅。如上所示，示例性杂化材料示于美国专利No.4,017,528、6,528,167、6,686,035和7,175,913以及国际申请公布No.WO2008/103423。

术语“脂环族基团”包括三个或更多个碳原子的闭环结构。脂环族基团包括环烷烃或环烷(即饱和环烃)，具有两个或更多个双键的不饱和环烯、以及具有一个三键的环炔烃。其不包括芳族基团。环烷烃的示例包括环丙烷、环己烷和环戊烷。环烯的示例包括环戊二烯和环辛四烯。脂环族基团还包括稠环结构和取代的脂环族基团，诸如烷基取代的脂环族基团。在脂环族的实例中，此类取代基还可包括低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF₃、-CN等。

术语“脂族基团”包括通常具有1至22个碳原子的以直链或支链为特征的有机化合物。脂族基团包括烷基基团、烯基基团和炔基基团。在复合结构中，链可为支链或交联的。烷基基团包括具有一个或多个碳原子的饱和烃，包括直链烷基和支链烷基。此类烃部分可在一个或多个碳上被例如卤素、羟基、硫醇、氨基、烷氧基、烷基羧基、烷硫基、或硝基基团所取代。除非碳的数目另有说明，如本文所用的“低级脂族”意指如上定义的脂族基团(例如低级烷基、低级烯基、低级炔基)，但具有一至六个碳原子。代表性的此类低级脂族基团例如低级烷基基团为甲基、乙基、正丙基、异丙基、2-氯丙基、正丁基、仲丁基、2-氨基丁基、异丁基、叔丁基、3-硫代戊基等。如本文所用，术语“硝基”意指-NO₂；术语“卤素”表示-F、-Cl、-Br或-I；术语“硫醇”意指SH；并且术语“羟基”意指-OH。因此，如本文所用，术语“烷基氨基”意指具有连接到其上的氨基基团的如本文所定义的烷基基团。合适的烷基氨基基团包括具有1至约12个碳原子，有利地1至约6个碳原子的基团。术语“烷硫基”是指具有连接到其上的巯基基团的如本文所定义的烷基基团。合适的烷硫基基团包括具有1至约12个碳原子，有利地1至约6个碳原子的基团。如本文所用，术语“烷基羧基”意指具有连接到其上的羧基基团的如本文所定义的烷基基团。如本文所用，术语“烷氧基”意指具有连接到其上的氧原子的如本文所定义的烷基基团。代表性的烷氧基基团包括具有1至约12个碳原子，有利地1至约6个碳原子的基团，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、叔丁氧基等。术语“烯基”和“炔基”是指类似于烷基的不饱和脂族基团，但其分别包含至少一个双键或三键。合适的烯基和炔基基团包括具有2至约12个碳原子，有利地1至约6个碳原子的基团。

术语“烷基”包括饱和脂族基团，包括直链烷基基团、支链烷基基团、环烷基(脂环族)基团、烷基取代的环烷基基团和环烷基取代的烷基基团。在某些实施方案中，直链或支链烷基在其主链中具有30个或更少个碳原子，例如对于直链为C₁-C₃₀或对于支链为C₃-C₃₀。在某些实施方案中，直链或支链烷基在其主链中具有20个或更少个碳原子，例如对于直链为C₁-C₂₀或对于支链为C₃-C₂₀，并更有利地18个或更少个碳原子。同样，有利的环烷基在其环结构中具有4-10个碳原，并且更有利地在环结构中具有4-7个碳原子。术语“低级烷基”是指在链内具有1至6个碳的烷基基团，并指在环结构中具有3至6个碳的环烷基。

此外，如在整个说明书和权利要求书中所用的术语“烷基”(包括“低级烷基”)包括“未取代的烷基”和“取代的烷基”两者，后者是指具有替换烃主链中一个或多个碳上的氢的取代基的烷基部分。此类取代基可包括例如卤素、羟基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、羧酸酯基、烷基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷硫基羰基、烷氧基、磷酸酯基、膦酸基、亚膦酸基、氰基、氨基(包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基氨基和烷基芳基氨基)、酰氨基(包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基)、脒基、亚氨基、氢硫基、烷硫基、芳基硫基、硫代羧酸酯基、硫酸酯基、磺酸酯基、氨磺酰基、亚磺酰氨基、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、芳烷基、或芳族或杂芳族部分。本领域的技术人员将理解，如果适当，烃链上取代的部分可自身被取代。环烷基可进一步例如被上述取代基所取代。“芳烷基”部分为被例如具有1至3个独立或稠合的环以及6至约18个碳环原子的芳基所取代的烷基，例如苯基甲基(苄基)。

如本文所用，术语“氨基”是指未取代或取代的式-NR_aR_b的部分，其中R_a和R_b各自独立地为氢、烷基、芳基、或杂环基，或者R_a和R_b与它们所连接的氮原子一起形成具有3至8个环原子的环状部分。因此，除非另行指出，术语“氨基”包括环状氨基部分，诸如哌啶基或吡咯烷基基团。“氨基取代的氨基基团”是指R_a和R_b中的至少一者进一步被氨基基团取代的氨基基团。

术语“芳族基团”包括包含一个或多个环的不饱和环烃。芳族基团包括可包含零至四个杂原子的5-和6-元单环基团，例如苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等。芳族环可在一个或多个环位置处被例如卤素、低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF₃、-CN等取代。

术语“芳基”包括可包含零至四个杂原子的5-和6-元单环芳族基团，例如未取代或取代的苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等。芳基基团还包括多环稠合的芳族基团，诸如萘基、喹啉基、吲哚基等。芳族环可在一个或多个环位置处被此类取代基所取代，例如如上对烷基基团所述的取代基。合适的芳基基团包括未取代和取代的苯基基团。如本文所用，术语“芳氧基”意指具有连接到其上的氧原子的如本文所定义的芳基基团。如本文所用，术语“芳烷氧基”意指具有连接到其上的氧原子的如本文所定义的芳烷基基团。合适的芳烷氧基基团具有1至3个独立或稠合的环以及6至约18个碳环原子，例如O-苄基。

术语“陶瓷前体”旨在包括导致形成陶瓷材料的任何化合物。

术语“手性部分”旨在包括允许手性或立体选择性合成的任何官能团。手性部分包括但不限于具有至少一个手性中心的取代基基团、天然和非天然氨基酸、肽和蛋白质、衍生化的纤维素、大环抗生素、环糊精、冠醚、以及金属络合物。

语言“在色谱上有增进作用的孔几何特征”包括当前所公开材料的孔构造的几何特征，已发现其增强材料的色谱分离能力，例如如区别于本领域的其它色谱介质。例如，可以形成、选择或构建几何特征，并且各种特性和/或因素可用于确定材料的色谱分离能力是否例如相比于本领域已知或常规使用的几何特征有所“增强”。这些因素的示例包括较高分离效率、较长柱寿命以及较高质量传递特性(如由例如减少的谱带扩展和良好的峰形所证实)。可使用本领域公认的技术测量或观察这些特性。例如，本发明的多孔材料在色谱上有增进作用的孔几何特征与现有技术颗粒的区别之处在于不存在“墨水瓶”或“壳形状的”孔几何特征或形态，这两者是不可取的，因为它们例如减小传质速率，从而导致效率较低。在色谱上有增进作用的孔几何特征存在于仅包含微孔小群体的多孔材料中。具有此类低微孔表面积(MSA)的多孔材料提供色谱增强作用，包括高分离效率和良好的质量传递特性(如由例如减少的谱带扩展和良好的峰形所证实)。微孔表面积(MSA)定义为直径小于或等于的孔的表面积，其使用BJH方法由吸附等温线log进行多点氮吸附分析来测定。如本文所用，缩略词“MSA”和“MPA”可互换使用来表示“微孔表面积”。

术语“官能化基团”包括赋予色谱固定相特定色谱功能的有机官能团。

术语“杂环基团”包括闭环结构，其中一个或多个环原子为除碳之外的元素，例如氮、硫、或氧。杂环基团可为饱和或不饱和的，并且杂环基团诸如吡咯和呋喃可具有芳族特征。其包括稠环结构，诸如喹啉和异喹啉。杂环基团的其它示例包括吡啶和嘌呤。杂环基团也可在一个或多个组成原子处被例如卤素、低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF₃、-CN等取代。合适的杂芳族和杂脂环族基团通常将具有带有3至约8个成员/环和一个或多个N、O或S原子的1至3个独立或稠合的环，例如香豆素基、喹啉基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、呋喃基、吡咯基、噻吩基、噻唑基、噁唑基、咪唑基、吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻唑基、四氢呋喃、四氢吡喃、哌啶基、吗啉代和吡咯烷基。

术语“金属氧化物前体”旨在包括包含金属并导致形成金属氧化物例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或氧化铈的任何化合物。

术语“整料”旨在包括填充到床形式中单个颗粒的集合，其中单个颗粒的形状和形态得以保持。使用将颗粒粘合在一起的材料有利地填充颗粒。可例如使用本领域公知的多种粘合材料，诸如二乙烯基苯、甲基丙烯酸酯、聚氨酯、烯烃、炔烃、胺、酰胺、异氰酸酯、或环氧基的线性或交联聚合物，以及有机烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、聚有机烷氧基硅氧烷、聚乙氧基硅氧烷和陶瓷前体的缩合反应物。在某些实施方案中，术语“整料”还包括由其它方法制得的杂化整料，诸如美国专利No.7,250,214中详述的杂化整料；由包含0-99摩尔％二氧化硅(例如SiO₂)的一种或多种单体缩合制得的杂化整料；由聚结的多孔无机/有机颗粒制得的杂化整料；在色谱上有增进作用的孔几何特征的杂化整料；在色谱上不具有增进作用的孔几何特征的杂化整料；具有有序孔结构的杂化整料；具有非周期性孔结构的杂化整料；具有非晶态或无定形分子序态的杂化整料；具有结晶区域或结晶区的杂化整料；具有各种不同大孔和中孔特性的杂化整料；以及各种不同长径比的杂化整料。在某些实施方案中，术语“整料”还包括无机整料，诸如G.Guiochon/J.Chromatogr.A 1168(2007)101-168中描述的那些。

术语“纳米颗粒”为可为晶体或非晶体的微观颗粒/磨粒或粉末/纳米粉末的微观成员，并且至少一个尺寸小于约100nm，例如直径或颗粒厚度小于约100nm(0.1mm)。纳米颗粒具有不同于并通常优于常规块状材料的特性，包括例如较大强度、硬度、延展性、烧结性、以及较大活性等等。大量科学研究继续致力于测定纳米材料的特性，少量的纳米材料已通过包括胶体沈淀、机械研磨、以及气相成核和生长在内的多种方法进行合成(主要合成为纳米级粉末)。广泛的述评记载了纳米相材料的最新发展，并且以引用方式并入本文：Gleiter,H.(1989)“Nano-crystallinematerials,”Prog.Mater.Sei.33:223-315以及Siegel,R.W.(1993)“Synthesis and properties of nano-phasematerials,”Mater.Sci.Eng.A168:189-197。在某些实施方案中，纳米颗粒包含以下项的氧化物或氮化物：碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、以及它们的混合物。在某些实施方案中，本发明的纳米颗粒选自金刚石、氧化锆(无定形、单斜、四角形和立方晶型)、二氧化钛(无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石形式)、铝(无定形、α和γ形式)、以及氮化硼(立方晶型)。在特定实施方案中，本发明的纳米颗粒选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛(锐钛矿形式)、立方氮化硼、以及它们的任意组合。此外，在特定实施方案中，纳米颗粒可为结晶或无定形的。在特定实施方案中，纳米颗粒的直径小于或等于100nm，例如小于或等于50nm的直径，例如小于或等于20nm的直径。

术语“基本上无序”是指缺乏基于X-射线粉末衍射分析的孔序态。具体地，“基本上无序”由缺乏X-射线衍射图中对应于至少1nm的d值(或d-间距)的衍射角处的峰来定义。

“表面改性剂”包括(通常)赋予色谱固定相特定色谱功能的有机官能团。多孔无机/有机杂化颗粒具有可另外被表面改性剂取代或衍生化的有机基团和硅烷醇基团两者。

语言“表面改性”在本文用于描述本发明的复合材料，其具有可另外被表面改性剂取代或衍生化的有机基团和硅烷醇基团两者。“表面改性剂”包括(通常)赋予色谱固定相特定色谱功能的有机官能团。如本文所公开的表面改性剂例如经由衍生化或涂布并随后交联而连接于基底材料，使表面改性剂的化学特征赋予基底材料。在一个实施方案中，杂化材料例如颗粒的有机基团与表面改性剂反应形成有机共价键。改性剂可与材料的有机基团形成有机共价键，其经由有机和聚合物化学领域公知的多种机制，包括但不限于亲核、亲电、环加成、自由基、卡宾、氮宾和碳正离子反应。有机共价键定义为包括有在机化学的常见元素之间形成的共价键，所述常见元素包括但不限于氢、硼、碳、氮、氧、硅、磷、硫和卤素。此外，将碳-硅和碳-氧-硅键定义为有机共价键，而硅-氧-硅键不定义为有机共价键。多种合成转化体在文献中是公知的，参见例如March,J.Advanced Organic Chemistry，第3版，Wiley,New York,1985。

语言“复合材料”和术语“复合物”在本文互换地用于描述本文所述的一种或多种组分与分散的纳米颗粒结合构成的本发明工程化材料，其中每种组分/纳米颗粒在最终结构之内以宏观水平保持分隔和分开。本发明的复合材料与形式无关，并且可在本质上为整料或颗粒。此外，简便形式的公约可用于描述包含分散纳米颗粒的复合材料即N_p/(A)_w(B)_x(C)_y，并且可如下理解：斜线符号左侧的符号表示代表分散的纳米颗粒，并且斜线符号右侧的符号表示代表包括纳米颗粒(斜线符号左侧所标注)分散于其内的材料的组分。在某些实施方案中，本发明的复合材料可为纳米复合材料，其已知至少包括例如纳米/纳米型、内部型、之间型、以及内部/之间型(Nanocomposites Science and Technology，由P.M.Ajayan,L.S.Schadler,P.V.Braun编辑，Wiley-VCH(Weinheim,Germany),2003)。

术语“具有高热导率的材料”、“高热导率芯”和“高热导率添加剂”定义为热导率大于20W/(m·K)的材料、芯材料、或复合添加剂。在各种实施方案中，添加剂具有如下范围的热导率：约20W/(m·K)至不超过3500W/(m·K)；约100W/(m·K)至不超过3300W/(m·K)；以及400W/(m·K)至不超过3000W/(m·K)。高热导率芯或添加剂可例如为但不限于0.1-8μm芯颗粒、纳米颗粒添加剂、或金属氧化物前体。在各种实施方案中，高热导率芯或添加剂包括(但不限于)铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。

“高热扩散率”芯或添加剂定义为如热扩散率大于20mm²/s的表面多孔材料中所用的添加剂。在各种实施方案中，芯或添加剂具有如下热扩散率范围：约20mm²/s至不超过2000mm²/s；约100mm²/s至不超过1600mm²/s；以及150mm²/s至不超过1400mm²/s。该高热导率芯或添加剂可为0.1-8μm芯颗粒、纳米颗粒添加剂、或金属氧化物前体。在各种实施方案中，高热导率芯或添加剂包括(但不限于)铝、铜、金和金刚石。

“高热导率表面多孔材料(或颗粒)”定义为相比于特别是相同尺寸的可比较多孔二氧化硅颗粒而言热导率改善或热扩散率改善的材料。在各种实施方案中，较高热导率的表面多孔材料为相对于特别是相同尺寸的可比较表面多孔二氧化硅颗粒而言热导率或热扩散率得到改善的材料。在各种实施方案中，较高热导率的表面多孔材料为相对于特别是相同尺寸的可比较完全多孔杂化颗粒而言热导率得到改善的材料。考虑到块状材料特性、孔体积、表面改性类型和覆盖度的差异，可通过Gritti和Guiochon[J.Chromatogr.A,2010,1217,5137)的方法进行颗粒热导率测定。

术语“磁性材料”、“磁性芯”和“磁性添加剂”定义为在室温下具有大于15emu/g(Am²/kg)的质量磁化率(σ，每单位质量磁矩，磁性饱和或饱和磁化)的材料、芯材料、或复合添加剂。这包括铁磁和亚铁磁材料，包括(但不限于)：磁铁矿(磁性氧化铁)；磁赤铁矿；钇铁石榴石、钴、CrO2；以及包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体。磁性芯颗粒不包括包括磁化率值小于10emu/g的赤铁矿和针铁矿在内的其它铁氧化物。赤铁矿(0.4emu/g)被认为在室温下呈反铁磁性。

如本文所用，术语“细粒”是指低于10体积％目标颗粒尺寸分布的本发明过程中产生的不期望材料。细粒可由再种晶事件或颗粒破碎形成。所得的细粒可为无孔或完全多孔的。通常细粒基本上小于10体积％的目标颗粒尺寸分布。通常细粒的尺寸<1um。极小细粒可引发的色谱问题在于渗滤液通过填充床并阻塞在出口玻璃料中。这产生增大的柱压。另选地，小到足以渗滤通过填充床和出口玻璃料的细粒可导致检测器的问题并且可污染产物。检测器的问题包括阻塞流动通道，阻挡检测器窗口，以及异常检测器读取。此类问题可缩短检测器寿命并且可能需要广泛的清洁方案。此类问题也可影响所生成分析数据的精度、准确度、可靠性、可重复性、以及稳健性。可通过分级移除细粒。

如本文所用，术语“聚集体”和“附聚物”是指大于90体积％目标颗粒尺寸分布的本发明过程中产生的不期望材料，聚集体和/或附聚物可由芯材料缺陷、该过程中不适当的混合或分散、或后处理期间的过度力而形成。聚集体和附聚物可影响色谱柱之内填充床的效率、渗透性、可重复性和稳健性。难以最佳地用具有提高量的聚集体和附聚物的材料填充色谱柱。聚集体和附聚物可在暴露于较高的压力和剪切时在填充床结构之内碎裂。这可导致填充床的机械不稳定性以及柱顶部空隙的结果。该聚集体和团聚体的破碎也可导致细粒产生。可通过分级移除聚集体和团聚体。

如本文所用，术语“微孔小群体”是指定义为具有位于小于或等于的孔内的小于或等于40m²/g的表面积——如由t-曲线图所测定。

如本文所用，术语“高pH稳定性”也称为“碱稳定性”通过以下进行测量：由于在本领域技术人员通常可接受的延长时间段内暴露于高pH流动相(pH>7)，柱性能或属性，诸如效率、峰容量、峰形、保留因子、柱压、柱滞留体积、或固定相质量的显著变化或无变化。该时间段高度取决于pH、温度、流动相类型和柱体积。典型的测试流动相在7-12，更具体地8-11的pH范围内，并且包括但不限于以下项：氢氧化铵、氢氧化钠、三乙胺、碳酸氢铵、二乙胺、吡咯烷、甲酸铵、醋酸铵、氯化铵、二碳酸氢三乙基铵盐、二甲基己基胺、三(2-氨基乙基)胺。典型的测试温度为0-100℃，更具体地10-90℃，更具体地20-80℃，更具体地25-75℃，更具体地30-70℃。如果观察到一种或多种以下性能和属性变化，则不认为材料“高pH稳定的”或“碱稳定的”：在暴露于高pH流动相之后，损失超过30％初始效率或超过15％的初始峰容量；和/或<0.90的峰脱尾因子(USP脱尾因子)所示的峰形显著偏移，指示出严重的“峰前移”；和/或柱压相对于初始压力增大超过15％；和/或损失超过30％的初始保留因子；和/或柱滞留增大超过10％；和/或损失超过20-40％的固定相质量[经流动相排除出柱]；和/或通常无法提供可接受的分离。

如本文所用，术语“基本上无孔”是指虽然多孔，但不可渗透或以其它方式充当无孔材料的材料。此类基本上无孔材料具有小于约0.10cc/g的孔体积。在某些实施方案中，术语“基本上无孔”可指完全无孔材料。

如本文所用，术语“90/10比率”是指本发明颗粒材料的颗粒尺寸分布的比率。在90/10比率中，测量材料的颗粒尺寸并绘制成S-曲线。90％颗粒所示的颗粒尺寸值(即90％的颗粒等于或小于该值)被比较为与10％颗粒所示的颗粒尺寸值(即10％的颗粒等于或小于该值)的比率。

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杂化无机/有机表面多孔颗粒：

杂化颗粒技术由于它们所提供的增大的化学稳定性和减小的硅烷醇活性而对多种色谱应用为高度期望的。在色谱应用中，杂化颗粒相对于二氧化硅颗粒的一个关键优点为其用于碱性流动相(pH 8-12)时优异的柱稳定性。二氧化硅填充材料因二氧化硅溶解和填充床塌陷而在这些条件下具有受限的寿命。

合成具有涂布的芯的杂化表面多孔颗粒的方法：

在一个方法中，球形二氧化硅或杂化无孔芯根据标准方案制备。使用本文所述的方法，将涂布材料施加到芯上。在制备涂布的芯之后，表面多孔层使用以下中的两者或更多者形成：TEOS、可热降解的有机官能硅烷(例如乙酰氧丙基三烷氧基硅烷或溴乙基三烷氧基硅烷)，连同更具热稳定性的杂化硅烷，诸如(但不限于)亚苯基桥联的硅烷。在该方法中，实施较低温度的热处理(<600℃)，从而以引入孔隙度的方式降解可热降解有机官能硅烷，同时维持更具热稳定性的杂化基团。也可使用<550℃、<640℃、或<500℃的热处理。通过在空气中实施的TGA实验来测定温度。如本文所详述，执行分级、孔改性、酸处理和粘合的附加步骤。

在另一个方法中，球形杂化无孔芯根据标准方案制备。使用本文所述的方法将涂布材料施加于芯。在制备涂布的芯之后，使用包括(但不限于)TEOS、较低温度可降解有机官能硅烷(例如乙酰氧基丙基三烷氧基硅烷或溴乙基三烷氧基硅烷)、乙烯桥联的烷氧基硅烷、或亚苯基桥联的烷氧基硅烷的一种或多种硅烷，采用一种表面活性剂或混合表面活性剂的方法来制备表面多孔层。使用酸乙醇方法(例如含盐酸的乙醇)移除表面活性剂。另选地，当移除表面活性剂时，通过在保留杂化基团的温度下热处理(<600℃)来移除表面活性剂。通过在空气中实施的TGA实验来测定该温度。也可使用<550℃、<640℃、或<500℃的热处理。另选地，通过氧化(例如臭氧分解)移除表面活性剂。另选地，该过程中所用的一种或多种表面活性剂选自酸不稳定、碱不稳定、或其它不稳定表面活性剂。这些不稳定表面活性剂可发生反应并随后通过选择正确的化学物质、条件(例如酸水解、碱水解、还原或氧化、氢化或氢解)进行移除。如上所详述，执行分级、孔改性、酸处理和粘合的附加步骤。

在另一个方法中，球形二氧化硅或杂化无孔芯根据标准方案制备。单独地，使用包括(但不限于)TEOS、较低温度可降解有机官能硅烷(例如乙酰氧基丙基三烷氧基硅烷或溴乙基三烷氧基硅烷)、乙烯桥联的烷氧基硅烷、或亚苯基桥联的烷氧基硅烷的一种或多种硅烷来制备杂化溶胶(<100nm)溶液。在制备芯材料之后，通过本文所述的方法来涂布芯，然后制备表面多孔层。然后，使用合适的带正电高分子电解质，以逐层递进方法制备均一的表面多孔层。合适的高分子电解质包括(但不限于)包含一种或多种以下基团的直链、支链和嵌段聚合物：烷基、环烷基、芳基、环氧乙烷基团连同一种或多种以下基团：伯、仲、叔和季氨基基团、吡咯烷酮、吡啶和咪唑。当移除高分子电解质时，通过在保留杂化基团的温度下热处理(<600℃)移除高分子电解质。也可使用<550℃、<640℃、或<500℃的热处理。通过在空气中实施的TGA实验来测定该温度。另选地，高分子电解质通过臭氧分解来移除。如本文所详述，执行分级、孔改性、酸处理和粘合的附加步骤。

较高热导率的表面多孔颗粒：

最近的研究(Gritti,F.Journal of Chromatography A,1217(2010)5069-5083)表明，表面多孔二氧化硅颗粒在相比于特别是相同尺寸的可比较完全多孔颗粒时具有显著较高的热导率。该较高热导率为为什么表面多孔颗粒被指出具有改善的色谱性能的一个原因。

用于合成较高热导率的表面多孔颗粒的方法

公知的为许多材料具有比二氧化硅更高的热导率。金刚石包括在其中。微米和亚微米尺寸的金刚石颗粒为人们所熟知，并且可由自然和化学过程制备。另选地，可将金刚石纳米颗粒引入无孔芯(包括无孔二氧化硅)之内。当相比于可比较尺寸的二氧化硅基表面多孔颗粒时，用于表面多孔颗粒的金刚石芯(0.5-3μm)可导致热导率的可测量增大。为了降低可能由金刚石芯引起的不期望色谱相互作用，可有利地使用无孔二氧化硅或杂化表面涂层。该表面涂布步骤可有利地重复或在生长过程中进行，以实现期望的厚度。可在该步骤结束时有利地使用煅烧和表面再羟基化。

表面多孔层可为二氧化硅或杂化物，并且可按本文所述的任何方法进行制备。随后，如本文所详述的那样实施(根据需要)分级、煅烧、孔改性、再煅烧、再羟基化和粘合的附加步骤。

使用表面多孔技术改善渗透性：

颗粒属性对填充床渗透性的影响可使用Kozeny-Carman公式来模型化。可以使用该公式来模型化推动溶剂通过隙间分数(ε)和颗粒尺寸(d_p)有所不同的装填有颗粒的柱所需的压力。压力随颗粒尺寸的平方变化(基于数量计数)，而柱效率与颗粒尺寸线性相关(基于体积计数)。因此，用于改善效率而减小颗粒尺寸使得柱压显著增大。当存在可处理增大的柱压的色谱系统情况下，希望获得可用于给定颗粒尺寸的最低柱压。实现其的一个方式为减小在数量和体积平均颗粒尺寸之间的差异。例如，使用单分散性的颗粒。单分散性的无孔、完全多孔和表面多孔颗粒已有报道。对于后者，制备单分散性颗粒的能力为无孔芯以及多孔层均匀度的函数。如本文所述，本发明的材料提供改善的渗透性以及对高pH流动相改善的化学稳定性。

用于合成形成渗透性改善的填充床的表面多孔颗粒的方法

如果改变颗粒形状，可实现渗透性的进一步改善。例如，使用均一微米尺寸的环形、棒形、哑铃形、星形、或弯曲棒形芯来取代高度球形芯。附加的形状包括(但不限于)螺旋、盘状、凹形盘、卷轴、环、螺旋形、鞍形、十字形、立方形、圆顶窄边(derby)、螺旋形、圆柱体和管。哑铃形、环形、棒形、螺旋和螺旋二十四面体颗粒的示例已有所报道{Doshi,N.PNAS,2009,106,51,21495；Alexander,L.Chem.Commun.,2008,3507；Naik,S.J.Phys.Chem.C 2007,111,11168；Pang,X.Microporous and Mesoporous Materials 85(2005)1；Kievsky,Y.IEEE Transactions on Nanotechnology,2005,4,5,490；Sugimoto,T.in Monodispersed Particles,(Elsevier Science BV,Amsterdam)2001；Ozin,G.Adv.Mater.,1997,9,662}。

非球形芯的重要因素在于它们在尺寸上相对均一，自由流动，无孔，并且在机械上强到足以用于HPLC和UPLC。这些芯的组分可选自(但不限于)二氧化硅、金属氧化物、金刚石、较高交联的聚合物、以及杂化材料。芯均匀度的改善可通过分级实现。孔隙度的减小可通过使孔填充有类似或不同的组分(例如，孔填充二氧化硅材料与交联聚合物组分)来实现。机械强度的改善通过增大与相同或不同组分的交联(例如，在聚合物组合物之内产生二氧化硅网络)，或通过煅烧来实现。对于后者，可有利地使用较高的温度(例如>800℃)。

除本文所述的芯涂布材料之外，并且为了降低归因为芯的不期望色谱相互作用，可有利地使用涂布有二氧化硅、杂化物、或聚合物组合物的无孔表面。该表面涂布步骤可能需要重复或在生长过程中进行，以实现期望的厚度。为了确保芯形态基本上未改变，该步骤有利地提供均匀表面层。可在该步骤结束时有利地使用煅烧和表面再羟基化。

在采用如本文所述的芯涂布材料涂布芯之后，可由上述任一种方法形成均匀二氧化硅或杂化表面多孔层。为了确保芯形态基本上未改变，该步骤有利地得到高度均匀的多孔层。随后，如上所详述的那样实施(根据需要)分级、煅烧、孔改性、再煅烧、再羟基化和粘合的附加步骤。这些非球形表面多孔材料可独立或作为与其它形状、或与球形颗粒的混合物而填充到色谱柱中。优化这些混合系统的柱填充条件是很重要的。考虑到维持类似的分散性，需要不同材料之间的体密度和沉降速率。

用于制备表面多孔材料的改善的方法：

如本文所述，AMT方法和科克大学方法均需要在表面多孔层形成期间使用离心，随后再分散的重复过程内后处理。关于重复离心的问题为聚集/附聚，难以再分散颗粒，产物均匀度，以及该过程所需的较长劳动时间。聚集和附聚对该过程极为不利。在这两种方法中，聚集体/附聚物被进一步涂布是可能的。就其本质而言，重复离心允许这些未老化的“绿色”材料彼此靠近。过量离心时间和g-力可导致可能难以再分散的紧密床结构。过滤(包括切向过滤)为离心的替代形式，其允许形成较不致密的床。遗憾的是，过滤可能载有亚微米细粒的<3μm材料所需的时间段过高。这些亚微米细粒可能易于堵塞过滤器材料，从而阻止发生完全过滤。

还存在可用于再分散颗粒的多种方法，包括使用超声浴、在线超声波仪、罐内超声波仪、声波喇叭、转子-定子混合器、研磨、低剪切和高剪切混合(例如锯齿状叶轮)。幅值、频率和脉冲序列的最优化被用于最佳超声处理。调节电导率、pH和表面活性剂混合物也可被用于最佳地再分散颗粒(通过溶剂洗涤、或受控的次序添加试剂)。这些再分散方法的一个问题为潜在损害表面多孔层。预期升高的剪切可导致多孔层压裂。所得的材料可具有裸点、或不均一的多孔层。

另一个问题为重复过程所需的反应时间较长，诸如AMT和科克大学所述的那些。当此类材料能够以实验室和成批规模制备时，这些过程所需的时间可超过通常用于合成完全多孔颗粒的那些。

此类均匀壳工艺的另一个问题为再引晶的影响。再引晶粒子(<0.5μm)可在生长步骤期间出现。如果它们未得到有效移除，将开始相对于较大多孔层、固体芯材料优先地生长。在某些点，两种颗粒分布可重叠。在进一步处理步骤之后，这样的最终结果为表面多孔和完全多孔颗粒的重叠混合物。这些颗粒的重叠混合物难以分离、定量或理解对色谱性能(包括色谱再现性)的影响。

用于改善的合成表面多孔材料的方法：

在该方法中，作为离心或过滤的替代，使用磁性捕获方法来收集磁性芯颗粒。这些方法包括罐内、在线、或离线磁性捕获。

罐内磁性捕获使用被置于可拆卸或永久性玻璃套管或挡板之内的可拆卸磁棒(或另选地电磁体)。在该方法中，磁棒在捕获时间期间被置于玻璃套管之内。在倒空剩余的反应溶液并添加新洗涤或反应溶剂之后，移除磁棒并使粘合的磁性芯颗粒再分散。另选地，将外部磁体放置于反应器侧面，从而允许磁性芯颗粒被捕获到反应器侧壁上。在倒空剩余的反应溶液并添加新洗涤或反应溶剂之后，移除外部磁体并使粘合的磁性芯颗粒再分散。

在线磁性捕获方法包括在再循环回路中泵送反应溶液通过收集容器。该收集容器被置入磁性保持块之内。在该容器中收集磁性芯颗粒。在倒空剩余的反应溶液并添加新洗涤或反应溶剂之后，从磁性保持块移除收集容器，并且粘合的磁性芯颗粒在它们泵送回反应容器中时再分散。通过使用适当尺寸的收集容器(有利地包含一个或多个平坦表面)，该方法的优点在于其允许良好地控制表面区域暴露至磁场。

离线磁性捕获方法与过滤的类似之处在于反应溶液被转移至第二容器。在该第二容器中，施加磁场以允许受控的收集磁性芯颗粒。通过过滤、滗析，或通过虹吸来移除反应溶液或洗涤溶剂。使磁性芯颗粒再分散于适当的溶剂中并转移回反应容器。

在所有这些方法的磁性捕获步骤期间，形成了松散收集的磁性芯颗粒。相比于通过过度离心形成的粉饼，这些所收集的芯颗粒不太致密。因此，这些颗粒易于再分散。再分散磁性芯颗粒的方式类似于上述方法。

在该方法中，使用无孔磁性芯来替代无孔二氧化硅或杂化芯。该磁性芯可包含(但不限于)磁性形式的氧化铁、铁、金属氧化物、二氧化铬、铁氧体、或钴。有利地，磁性芯包含磁铁矿、磁赤铁矿。磁性芯可作为纯金属或金属氧化物存在，或者与包括(但不限于)二氧化硅、杂化物、聚合物、或非磁性材料的第二材料结合地存在。例如，磁性芯可通过在无孔二氧化硅或聚合物颗粒之内引入<100nm的磁铁矿或钴纳米颗粒而形成。磁性纳米颗粒可为该材料之内均匀分散的纳米颗粒或均匀分散的纳米颗粒簇，仅吸附到其表面，或仅包含在无孔芯颗粒的内部中。另选地，可将0.3-1.5μm磁铁矿或钴颗粒用作无孔芯。该过程中使用磁性捕获方法来替代离心或过滤。

为了降低归因为芯的不期望色谱相互作用，可有利地使用涂布有二氧化硅、杂化物、或聚合物组合物的无孔表面。该表面涂布步骤可有利地重复或在生长过程中进行，以实现期望的厚度。该过程中使用磁性捕获方法来替代离心或过滤。为了确保芯形态基本上未改变，该步骤有利地提供均匀表面层。可在该步骤结束时有利地使用煅烧和表面再羟基化。

在采用如本文所述的芯涂布材料涂布芯之后，均匀二氧化硅或杂化表面多孔层可由上述任一种方法形成。为了确保芯形态基本上未改变，该步骤有利地得到高度均匀的多孔层。该过程中使用磁性捕获方法来替代离心或过滤。随后，如上所详述的那样实施(根据需要)分级、煅烧、孔改性、再煅烧、再羟基化和粘合的附加步骤。

考虑到均匀层方法(诸如上述的新型那个)或科克大学方法的再引晶粒子相关联的问题，磁性芯颗粒允许从再引晶粒子分离多孔层材料的独特方式。这可在过程内或产物后处理期间使用。

使用的磁性芯颗粒以及磁性捕获方法允许自动合成表面多孔颗粒的独特过程。罐内磁性捕获的使用(例如使用电磁体)允许颗粒收集的全自动化。自动底部阀和溶剂添加阀用于全自动合成条件。罐内或在线颗粒尺寸测量用于监测反应性能并确定反应完成。

芯、芯涂布材料和壳材料：

本发明提供了表面多孔材料、颗粒和/或整料，其包含基本上无孔无机/有机芯、芯涂布材料、以及围绕芯的一个或多个多孔壳材料层。

在某些实施方案中，本发明的表面多孔材料呈基本上窄颗粒尺寸分布。在某些其它实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.55。在具体的实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.10或1.05-1.10。在其它具体实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.10-1.55；1.10-1.50；或1.30-1.45。

在本发明的表面多孔材料的某些实施方案中，其中所述材料具有在色谱上有增进作用的孔几何特征。也就是说，在一些实施方案中，本发明的表面多孔材料仅具有微孔的小群体。

芯材料

在某些实施方案中，基本上无孔芯材料为二氧化硅；涂布有无机/有机杂化材料的二氧化硅；磁性芯材料；涂布有二氧化硅的磁性芯材料；无机/有机杂化芯材料；涂布有二氧化硅的无机/有机杂化芯材料；高热导率芯材料；涂布有二氧化硅的高热导率芯材料；复合材料；无机/有机杂化周围材料；涂布有二氧化硅的复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的磁性芯材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的高热导率芯材料；涂布有磁性材料的二氧化硅芯材料；或涂布有磁性材料，随后涂布有二氧化硅的二氧化硅芯材料。在某些其它实施方案中，芯材料可为金刚石、石墨、氧化锆(无定形、单斜、四角形和立方晶型)、二氧化钛(无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石形式)、铝(无定形、α和γ形式)、以及氮化硼(立方晶型)。在某些其它实施方案中，可在施加本发明的芯涂布材料之前，用无机材料涂布芯材料，其中无机材料包括但不限于金刚石、石墨、氧化锆(无定形、单斜、四角形和立方晶型)、二氧化钛(无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石形式)、铝(无定形、α和γ形式)、以及氮化硼(立方晶型)。

在某些实施方案中，基本上无孔芯材料为复合材料。复合材料描述本文所述的一种或多种组分与分散的纳米颗粒结合构成的本发明工程化材料，其中每种组分/纳米颗粒在最终结构之内以宏观水平保持分隔和分开。本发明的复合材料与形式无关，并且可在本质上为整料或颗粒。此外，本文用于描述包含分散纳米颗粒的复合材料即Np/(A)_w(b)_x(C)_y的简便形式的公约，可如下理解：斜线符号左侧的符号表示代表分散的纳米颗粒，并且斜线符号右侧的符号表示代表包括纳米颗粒(斜线符号左侧所标注)分散于其内的材料的组分。在某些实施方案中，本发明的复合材料可为纳米复合材料，其已知至少包括例如纳米/纳米型、内部型、之间型、以及内部/之间型(Nanocomposites Science and Technology，由P.M.Ajayan,L.S.Schadler,P.V.Braun编辑，Wiley-VCH(Weinheim,Germany),2003)。术语“纳米颗粒”为可为晶体或非晶体的微观颗粒/磨粒或粉末/纳米粉末的微观成员，并且至少一个尺寸小于约100nm，例如直径或颗粒厚度小于约100nm(0.1μm)。

纳米颗粒具有不同于并通常优于常规块状材料的特性，包括例如较大强度、硬度、延展性、烧结性、以及较大活性等等。大量科学研究继续致力于测定纳米材料的特性，少量的纳米材料已通过包括胶体沈淀、机械研磨、以及气相成核和生长在内的多种方法进行合成(主要合成为纳米级粉末)。广泛的述评记载了纳米相材料的最新发展，并且以引用方式并入本文：Gleiter,H.(1989)“Nano-crystallinematerials,”Prog.Mater.Sei.33:223-315以及Siegel,R.W.(1993)“Synthesis and properties of nano-phasematerials,”Mater.Sci.Eng.A168:189-197。在某些实施方案中，纳米颗粒包含以下项的氧化物或氮化物：碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、以及它们的混合物。在某些实施方案中，本发明的纳米颗粒选自金刚石、氧化锆(无定形、单斜、四角形和立方晶型)、二氧化钛(无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石形式)、铝(无定形、α和γ形式)、以及氮化硼(立方晶型)。在特定实施方案中，本发明的纳米颗粒选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛(锐钛矿形式)、立方氮化硼、以及它们的任意组合。此外，在特定实施方案中，纳米颗粒可为结晶或无定形的。在特定实施方案中，纳米颗粒的直径小于或等于100nm，例如小于或等于50nm的直径，例如小于或等于20nm的直径。

此外，应理解以分散在本发明复合物之内为特征的纳米颗粒旨在描述外源添加的纳米颗粒。这不同于能够原位形成的纳米颗粒，或与推定纳米颗粒包括显著相似性的形成物，其中例如大分子结构如颗粒可包含内源性形成的这些的聚集体。

纳米颗粒具有极大的科学兴趣，因为它们可有效作为大块材料和原子或分子结构间的桥梁。大块材料应具有恒定的物理性能，与尺寸无关，但在纳米尺度，并不是经常这样。已经观察到取决于尺寸的性能，例如半导体颗粒中的量子限制、一些金属颗粒中的表面等离子体共振以及磁性材料中的超顺磁性。

在某些实施方案中，复合材料包括磁性材料，具有高热导率的材料，或它们的混合物。相似地，在某些实施方案中，芯本身为磁性材料，具有高热导率的材料，或它们的混合物。

具有高热导率的材料、高热导率芯或高热导率添加剂定义为热导率大于20W/(m·K)的材料。在各种实施方案中，添加剂具有如下范围的热导率：约20W/(m·K)至不超过3500W/(m·K)；约100W/(m·K)至不超过3300W/(m·K)；以及400W/(m·K)至不超过3000W/(m·K)。该高热导率添加剂可为0.1-8μm芯颗粒、纳米颗粒添加剂、或金属氧化物前体。在各种实施方案中，高热导率添加剂包括(但不限于)铝、铜、金和金刚石。

高热扩散率添加剂定义为热扩散率大于20mm²/s的表面多孔颗粒中所用的添加剂。在各种实施方案中，添加剂具有如下热扩散率范围：约20mm²/s至不超过2000mm²/s；约100mm²/s至不超过1600mm²/s；以及150mm²/s至不超过1400mm²/s。该高热导率添加剂可为0.1-8μm芯颗粒、纳米颗粒添加剂、或金属氧化物前体。在各种实施方案中，高热导率添加剂包括(但不限于)铝、铜、金和金刚石。

磁性材料包括在室温下具有大于15emu/g(Am²/kg)的质量磁化率(σ，每单位质量磁矩，磁性饱和或饱和磁化)的材料。这包括铁磁和亚铁磁材料，包括(但不限于)：磁铁矿(磁性氧化铁)；磁赤铁矿；钇铁石榴石、钴、CrO₂；以及包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体。磁性芯颗粒不包括包括磁化率值小于10emu/g的赤铁矿和针铁矿在内的其它铁氧化物。赤铁矿(0.4emu/g)被认为在室温下呈反铁磁性。

在一个实施方案中，芯呈球形。在另一个实施方案中，球形芯具有非晶态或无定形分子序态。在另一个实施方案中，球形芯具有非周期性孔结构。

在另一个实施方案中，芯具有约0.1μm至约300μm的平均尺寸。在另一个实施方案中，芯具有约0.1μm至约30μm的平均尺寸。在另一个实施方案中，芯具有约0.5μm至约30μm的平均尺寸。在另一个实施方案中，芯具有约0.6μm至约10μm的平均尺寸。在另一个实施方案中，芯具有约1.0μm至约3.0μm的平均尺寸。

在某些实施方案中，本发明的芯材料呈基本上窄颗粒尺寸分布。在某些其它实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.55。在具体的实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.10或1.05-1.10。在其它具体实施方案中，颗粒尺寸的90/10比率为1.10-1.55；1.10-1.50；或1.30-1.45。

在某些实施方案中，涂布的芯在约1至约14的pH下为水解稳定的。在一个实施方案中，涂布的芯在约10至约14的pH下为水解稳定的。在另一个实施方案中，涂布的芯在约1至约5的pH下为水解稳定的。

芯涂布材料

在某些方面，芯材料包含芯涂布材料。

本领域的普通技术人员可改变芯涂布材料的组成，以提供增强的色谱选择性、增强的颗粒化学稳定性、增强的柱效率和/或增强的机械强度。相似地，周围材料的组成提供亲水/亲油平衡(HLB)、表面电荷(例如等电点或硅烷醇pKa)、和/或表面功能性变化以增强色谱分离。此外，在一些实施方案中，周围材料的组成也可提供可用于进一步表面改性的表面功能性。

在某些方面，芯涂布材料可为无机材料；有机材料；或无机/有机杂化材料。

涂布的芯可独立地来源于：

使一种或多种聚合物有机官能金属前体和/或聚合物金属氧化物前体在芯的表面上缩合，或者

将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与聚合物金属氧化物前体的混合物施加于芯的表面上。

在某些方面，芯涂布材料的无机部分独立地选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、或氧化锆、以及陶瓷材料。

另选地，涂布的芯可独立地来源于：

使一种或多种有机官能硅烷和/或四烷氧基硅烷在芯的表面上缩合，或者

涂布的芯可独立地为多孔或无孔。此外，涂布的芯的孔结构可独立地具有或不具有有序孔结构。在某些方面，涂布的芯可具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。

在其它方面，芯涂布材料可独立地包含约0-100摩尔％的杂化材料。芯涂布材料的无机部分可独立地为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、氧化锆或陶瓷材料或它们的混合物。

在特定方面，芯涂布材料的无机部分可独立地以约0摩尔％至不超过约25摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔基本上无序。类似地，芯涂布材料的无机部分可独立地以约25摩尔％至不超过约50摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔基本上无序，并且其中芯涂布材料独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。在某些实施方案中，芯涂布材料的无机部分可独立地以约50摩尔％至不超过约75摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔基本上无序，并且其中涂布的芯独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。在另一些实施方案中，芯涂布材料的无机部分可独立地以约75摩尔％至不超过约100摩尔％范围内的量存在，其中涂布的芯的孔基本上无序，并且其中涂布的芯独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。

在一些方面，芯涂布材料可包括式I的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)m]； (I)

其中，

p和q各自独立地为0.0至3.0；

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R¹和R²被任选地取代；前提条件是：

(1)当R²不存在时，m＝1，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R²存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

在其它方面，芯涂布材料可包括式II的材料：

(SiO₂)_d/[(R)_p(R¹)_qSiO_t] (II)；

其中，

d为0至约30；

p和q各自独立地为0.0至3.0，前提条件是当p+q＝1时，则t＝1.5；当p+q＝2时，则t＝1；或者当p+q＝3时，则t＝0.5。

在另一些方面，芯涂布材料可包括式III的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (III)

其中，

d为0至约30；

m为1-20的整数。

在另外方面，芯涂布材料可包括式IV的材料：

(A)x(B)y(C)z (IV)，

x和y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝l。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。

在另一些方面，芯涂布材料可包括式V的材料：

(A)x(B)y(B*)y*(C)z (V)，

x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中x+y+y*+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

在某些方面，以上所示的式中的R²可以存在或不存在。

在某些方面，以上所示的式中的R¹为被羟基取代的C1-C18烷基基团。在另一些方面，以上所示的式中的R¹为羟丙基。在另一些方面，羟基取代的烷基基团进一步被异氰酸酯官能化。在又一些方面，异氰酸酯为异氰酸十八烷酯、异氰酸十二烷酯、五氟苯基异氰酸酯、异氰酸4-氰基苯酯、异氰酸3-氰基苯酯、异氰酸2-氰基苯酯、异氰酸苯酯、异氰酸苄酯、异氰酸苯乙酯或异氰酸二苯基乙酯。

在另一方面，本发明提供如本文所述的材料，其中芯涂布材料还包含分散在芯涂布材料之内的一种纳米颗粒或超过一种纳米颗粒的混合物。

在某些实施方案中，纳米颗粒以<20重量％的纳米复合材料、<10重量％的纳米复合材料、或<5重量％的纳米复合材料存在。

在其它实施方案中，纳米颗粒为结晶或无定形的，并且可为碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、它们的氧化物、或它们的氮化物。在特定实施方案中，纳米颗粒为包含选自以下的一种或多种部分的物质：纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛、立方氮化硼。

在其它实施方案中，纳米颗粒可为小于或等于200μm的直径，小于或等于100μm的直径，小于或等于50μm的直径，或小于或等于20μm的直径。

在一些实施方案中，可使涂布有芯涂布材料的芯随后涂布有一层或多层那些相同的芯涂布材料。如果芯涂布有多个层，最终层(或其间的任何层)可独立地相同或不同，以允许适当的附连涂布材料的附加层并且/或者允许附连多孔层。

多孔壳层材料

本发明的材料具有施加于涂布的芯的一个或多个多孔壳材料层。在某些实施方案中，一个或多个多孔壳材料层为多孔无机/有机杂化材料；多孔二氧化硅或多孔复合材料。在某些实施方案中，多孔壳材料由施加时形成多孔壳的无孔溶胶或颗粒构成。

在某些方面，本发明的材料具有粗糙表面。在另一些方面，本发明的材料具有平滑表面。

在某些实施方案中，各个多孔层的厚度独立地为0.02μm至5μm，如垂直于无孔芯的表面测量的那样。

在其它实施方案中，各个多孔层的厚度独立地为0.06μm至1μm，如垂直于无孔芯的表面测量的那样。

在另一些实施方案中，各个多孔层的厚度独立地为0.20μm至0.70μm，如垂直于无孔芯的表面测量的那样。

在某些实施方案中，本发明的材料具有多孔壳材料的1至15个层。在其它实施方案，具有多孔壳材料的2至5个层。在另一些实施方案中，具有多孔壳材料的1或2个层。

多孔杂化物

在某些实施方案中，可层化到芯上的多孔杂化层材料或壳材料可独立地来源于：

使一种或多种聚合物有机官能金属前体和/或聚合物金属氧化物前体在涂布的芯的表面缩合，或者

将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与聚合物金属氧化物前体的混合物施加于涂布的芯的表面。

在某些方面，多孔杂化层材料或壳材料的无机部分独立地选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、或氧化锆、以及陶瓷材料。

另选地，多孔杂化层材料或壳材料可独立地来源于：

使一种或多种有机官能硅烷和/或四烷氧基硅烷在涂布的芯的表面缩合，或者

将部分缩合的有机官能硅烷、两种或更多种有机官能硅烷的混合物、或一种或多种有机官能硅烷与一种四烷氧基硅烷(即四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷)的混合物施加于涂布的芯的表面。

在其它方面，多孔杂化层材料或壳材料可独立地包含约0-100摩尔％的杂化材料。多孔杂化层材料或壳材料的无机部分可独立地为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、氧化锆或陶瓷材料或它们的混合物。

在特定方面，多孔杂化层材料或壳材料的无机部分可独立地以约0摩尔％至不超过约25摩尔％范围内的量存在，其中芯涂布材料的孔基本上无序。相似地，多孔杂化层材料或壳材料的无机部分可独立地以约25摩尔％至不超过约50摩尔％范围内的量存在，其中多孔杂化层或壳的孔基本上无序，并且其中多孔杂化层或壳可以或不可独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。在某些实施方案中，多孔杂化层材料或壳材料1的无机部分可独立地以约50摩尔％至不超过约75摩尔％范围内的量存在，其中杂化层或壳的孔基本上无序，并且其中杂化层材料独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。在另一些实施方案中，多孔杂化层材料或壳材料的无机部分可独立地以约75摩尔％至不超过约100摩尔％范围内的量存在，其中多孔杂化层或壳的孔基本上无序，并且其中多孔杂化层或壳可以或不可独立地具有在色谱上有增进作用的孔几何特征(CEPG)。

在另一些方面，多孔杂化层材料或壳材料的无机部分可独立地以约0摩尔％至不超过约100摩尔％；具体地，0％-10％、0％-5％、0％-4％、0％-3％、0％-2％、0％-1％、1％-10％、l％-5％、l％-4％、l％-3％、l％-2％、5％-100％、10％-100％、15％-100％、20％-100％、25％-100％、30％-100％、35％-100％、40％-100％、45％-100％、55％-100％、60％-100％、65％-100％、70％-100％、75％-100％、80％-100％、81％-100％、82％-100％、83％-100％、84％-100％、85％-100％、86％-100％、87％-100％、88％-100％、89％-100％、90％-100％、91％-100％、92％-100％、93％-100％、94％-100％、95％-100％、96％-100％、97％-100％、98％-100％、或99％-100％范围内的量存在。

在一些方面，多孔杂化层材料或壳材料可包括式I的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)_m]； (I)

其中，

p和q各自独立地为0.0至3.0；

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R1和R2被任选地取代；前提条件是：

(1)当R2不存在时，m＝l，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R2存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

在其它方面，多孔杂化层材料或壳材料可包括式II的材料：

(SiO₂)_d/[(R)_p(R¹)_qSiO_t] (II)；

其中，

d为0至约30；

在另一些方面，多孔杂化层材料或壳材料可包括式Ⅲ的材料：

(SiO₂)d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (Ⅲ)

其中，

d为0至约30；

r为0、1或2，前提条件是当r＝0时，则t＝1.5；或者当r＝l时，则t＝l；或者当r＝2时，则t＝0.5；并且

m为1-20的整数。

在另一些方面，多孔杂化层材料或壳材料可包括式IV的材料：

(A)x(B)y(C)z (IV)，

在另一些方面，多孔杂化层材料或壳材料可包括式V的材料：

(A)x(B)y(B*)y*(C)z (V)，

x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中x+y+y*+z＝1。在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0，则

0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

在某些方面，以上所示的式中的R²可以存在或不存在。

在某些方面，以上所示的式中的R¹为被羟基取代的C₁-C₁₈烷基基团。在另一些方面，以上所示的式中的R¹为羟丙基。在另一些方面，羟基取代的烷基基团进一步被异氰酸酯官能化。在又一些方面，异氰酸酯为异氰酸十八烷酯、异氰酸十二烷酯、五氟苯基异氰酸酯、异氰酸4-氰基苯酯、异氰酸3-氰基苯酯、异氰酸2-氰基苯酯、异氰酸苯酯、异氰酸苄酯、异氰酸苯乙酯或异氰酸二苯基乙酯。

在某些实施方案中，有机硅氧烷为但不限于苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，l,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；己基三乙氧基硅烷；己基三甲氧基硅烷；氯丙基三乙氧基硅烷；氯丙基三甲氧基硅烷；十八烷基三甲氧基硅烷；十八烷基三乙氧基硅烷；辛基三甲氧基硅烷；辛基三乙氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三甲氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三乙氧基硅烷；以及3-氰基丁基三甲氧基硅烷，它们单独或与四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷混合。

在另一个实施方案中，有机硅氧烷为但不限于取代的苯，包括但不限于1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。

在另一方面，本发明提供如本文所述的材料，其中多孔杂化层材料或壳材料还包含分散在层或壳材料之内的一种纳米颗粒或超过一种纳米颗粒的混合物。

多孔二氧化硅

在某些实施方案中，多孔壳层材料为多孔二氧化硅或其它金属氧化物，诸如氧化铝、二氧化钛或氧化铈。

多孔复合物：

在某些实施方案中，多孔壳层材料为复合材料。复合材料描述本文所述的一种或多种组分与分散的纳米颗粒结合构成的本发明工程化材料，其中每种组分/纳米颗粒在最终结构之内以宏观水平保持分隔和分开。本发明的复合材料与形式无关，并且可在本质上为整料或颗粒。此外，本文用于描述包含分散纳米颗粒的复合材料即Np/(A)w(B)x(C)y的简便形式的公约，可如下理解：斜线符号左侧的符号表示代表分散的纳米颗粒，并且斜线符号右侧的符号表示代表包括纳米颗粒(斜线符号左侧所标注)分散于其内的材料的组分。在某些实施方案中，本发明的复合材料可为纳米复合材料，其已知至少包括例如纳米/纳米型、内部型、之间型、以及内部/之间型(Nanocomposites Science and Technology，由P.M.Ajayan,L.S.Schadler,P.V.Braun编辑，Wiley-VCH(Weinheim,Germany),2003)。术语“纳米颗粒”为可为晶体或非晶体的微观颗粒/磨粒或粉末/纳米粉末的微观成员，并且至少一个尺寸小于约100nm，例如直径或颗粒厚度小于约100nm(0.1μm)。

纳米颗粒具有不同于并通常优于常规块状材料的特性，包括例如较大强度、硬度、延展性、烧结性、以及较大活性等等。大量科学研究继续致力于测定纳米材料的特性，少量的纳米材料已通过包括胶体沈淀、机械研磨、以及气相成核和生长在内的多种方法进行合成(主要合成为纳米级粉末)。广泛的述评记载了纳米相材料的最新发展，并且以引用方式并入本文：Gleiter,H.(1989)“Nano-crystallinematerials,”Prog.Mater.Sei.33:223-315以及Siegel,R.W.(1993)“Synthesis and properties of nano-phasematerials,”Mater.Sei.Eng.A168:189-197。在某些实施方案中，纳米颗粒包含以下项的氧化物或氮化物：碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、以及它们的混合物。在某些实施方案中，本发明的纳米颗粒选自金刚石、氧化锆(无定形、单斜、四角形和立方晶型)、二氧化钛(无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石形式)、铝(无定形、α和γ形式)、以及氮化硼(立方晶型)。在特定实施方案中，本发明的纳米颗粒选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛(锐钛矿形式)、立方氮化硼、以及它们的任意组合。此外，在特定实施方案中，纳米颗粒可为结晶或无定形的。在特定实施方案中，纳米颗粒的直径小于或等于100nm，例如小于或等于50nm的直径，例如小于或等于20nm的直径。

在某些实施方案中，复合材料包括磁性材料，具有高热导率的材料，或它们的混合物。

具有高热导率的材料、高热导率芯或高热导率添加剂定义为热导率大于20W/(m·K)的表面多孔颗粒中所用的材料、芯或添加剂。在各种实施方案中，芯或添加剂具有如下范围的热导率：约20W/(m-K)至不超过3500W/(m·K)；约100W/(m·K)至不超过3300W/(m·K)；以及400W/(m·K)至不超过3000W/(m·K)。该高热导率芯或添加剂可为0.1-8μm芯颗粒、纳米颗粒添加剂、或金属氧化物前体。在各种实施方案中，高热导率芯或添加剂包括(但不限于)铝、铜、金和金刚石。

梯度材料

在某些实施方案中，本发明的表面多孔材料利用了杂化物含量在涂布的芯表面附近有所增大的芯材料。

在其它实施方案中，本发明的表面多孔材料利用了杂化物含量在涂布的芯表面附近有所减小的芯材料。

在此类情况下，此类增大或减小通常发生在芯的表面的1-200nm之内；或者芯的表面的5-60nm之内。

相似地，在某些实施方案中，本发明的表面多孔材料包括杂化物含量在材料表面的附近有所增大的表面多孔材料。在其它实施方案中，本发明的表面多孔材料包括杂化物含量在材料表面的附近有所减小的表面多孔材料。

在此类情况下，此类增大或减小通常发生在表面多孔材料表面的1-200nm之内；或者表面多孔材料表面的5-60nm之内。

芯和材料形态

在某些实施方案中，本发明的表面多孔材料具有特定的芯形态。在某些实施方案中，此类芯形态通过使用具有限定形状的芯材料而产生。在某些其它实施方案中，芯形态是指本发明产物材料的特定限定形状。

在某些实施方案中，芯或产物材料具有高度球形、棒形、弯曲棒形、环形或哑铃形芯形态。

在某些其它实施方案中，芯或产物材料具有高度球形、棒形、弯棒形、环形或哑铃形芯形态的混合物。

芯和材料特性：

相比于特别是相同尺寸的可比较完全多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料具有显著更高的热导率。在某些实施方案中，相比于特别是相同尺寸的可比较表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料具有显著更高的热导率。考虑到块状材料特性、孔体积、表面改性类型和覆盖度的差异，可通过Gritti和Guiochon[J.Chromatogr.A,2010,1217,5137)的方法进行颗粒热导率测定。

相比于特别是相同尺寸的未粘合的完全多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料在暴露于高pH流动相时具有显著改性的化学稳定性。在某些实施方案中，相比于特别是相同尺寸的未粘合的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料在暴露于高pH流动相时具有显著改性的化学稳定性。

相比于特别是相同尺寸的完全多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料能够形成渗透性改善的填充床。在某些实施方案中，相比于特别是相同尺寸的表面多孔二氧化硅颗粒，本发明的表面多孔材料能够形成渗透性改善的填充床。在柱反向压力减小时观察到给定颗粒尺寸的渗透性改善。填充床渗透性的测定可通过反相尺寸排阻色谱法进行。

表面多孔材料(其为颗粒)具有介于0.8-20.0μm之间的材料平均颗粒尺寸。具体地，材料的平均颗粒尺寸可介于0.8-3.0μm之间、介于1.1-2.9μm之间或介于1.3-2.7μm之间。

表面多孔材料具有平均直径为约约约或约的孔。

表面多孔材料具有约0.05-1.0cm³/g；约0.09-0.50cm³/g；约0.09-0.45cm³/g；或约0.17-0.30cm³/g的平均孔体积。

表面多孔材料具有约10m²/g至600m²/g的表面积。

表面改性

本发明的材料可被进一步表面改性。

因此，在一个实施方案中，如本文所述的材料可用具有式Z_a(R’)_bSi-R”的表面改性剂进行表面改性，其中Z＝Cl、Br、I、C₁-C₅烷氧基、二烷基氨基或三氟甲磺酸酯；a和b各自为0至3的整数，前提条件是a+b＝3；R’为C₁-C₆直链、环状或支链烷基基团，并且R”为官能化基团。

在另一个实施方案中，材料通过涂布聚合物而被表面改性。

在某些实施方案中，R’选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基和环己基。在其它实施方案中，R’选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、包含嵌入极性官能团和手性部分的烷基或芳基基团。在某些实施方案中，R’选自芳族苯基烷基、氟芳族苯基己基、五氟苯基烷基和手性部分。

在一个实施方案中，R”为C₁-C₃₀烷基基团。在另一个实施方案中，R”包含手性部分。在又一个实施方案中，R”为C₁-C₂₀烷基基团。

在某些实施方案中，表面改性剂包含嵌入极性官能团。在某些实施方案中，此类嵌入极性官能团包括碳酸酯、酰胺、尿素、醚、硫醚、亚磺酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯、硫代氨基甲酸酯、乙二醇、杂环或三唑官能团。在其它实施方案，此类嵌入极性官能团包括氨基甲酸酯官能团(诸如美国专利No.5,374,755所公开)和手性部分。此类基团包括以下通式的那些：

其中1、m、0、r和s为0或1，n为0、1、2或3，p为0、0、1、2、3或4，并且q为0至19的整数；R₃选自氢、烷基、氰基和苯基；并且Z、R’、a和b如上定义。有利的是，氨基甲酸酯官能团具有以下所示通式结构：

其中R⁵可为例如氰基烷基、叔丁基、丁基、辛基、十二烷基、十四烷基、十八烷基、或苄基。有利地，R⁵为辛基、十二烷基、或十八烷基。

在某些实施方案中，表面改性剂选自苯基己基三氯硅烷、五氟苯基丙基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷和十八烷基二甲基氯硅烷。在一些实施方案中，表面改性剂选自辛基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷。在其它实施方案中，表面改性剂选自异氰酸酯或1,1’-羰基二咪唑(特别是当杂化基团包含(CH₂)₃OH基团时)。

在另一个实施方案中，材料已被通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合表面改性。

在又一个实施方案中，材料已被通过有机基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。在另一个实施方案中，有机基团包含手性部分。

在又一个实施方案中，材料已被通过硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。

在其它实施方案中，材料已被经由在颗粒的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键表面改性。

在另一些实施方案中，材料已被通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。

在另一个实施方案中，材料已被通过硅烷醇基团改性表面改性。

用于合成的方法

本发明提供一种用于制备表面多孔材料的方法，包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；

b.)涂布所述芯材料，以形成涂布的芯；

c.)向所述涂布的芯材料施加一个或多个多孔壳材料层，以形成表面多孔材料。

在某些实施方案中，该方法还提供以下步骤：

d.)对表面多孔材料的一个或多个特性进行优化。

本文所述的方法允许合成在色谱上有增进作用的孔几何特征的窄颗粒尺寸分布完全多孔球形颗粒以及窄颗粒尺寸分布表面多孔(定义为无孔芯材料上的多孔壳层)颗粒。该方法包括通过改良传统-生长过程，使单独的或与第二有机硅烷共缩合的四烷氧基硅烷(例如四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷)进行缩合。以下列出了该过程的非限制性描述。在每种情形下，芯材料可在添加表面多孔材料之前如本文所述涂布。

方法A：

步骤1)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，使四烷氧基硅烷在具有或不具有(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d情况下缩合，以形成晶种粒子(0.2-10μm)。

步骤2)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，在具有或不具有(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d情况下，通过使四烷氧基硅烷缩合使晶种粒子生长，以形成较大芯颗粒(0.3-20μm)。

步骤3)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，通过使四烷氧基硅烷与(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d共缩合使颗粒进一步生长，以得到无孔颗粒(0.4-20μm)。

步骤4)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤5)通过经热处理移除有机基团和/或表面活性剂，产生多孔二氧化硅颗粒。

步骤6)使用含氟化学品技术，包括二氟化铵和氢氟酸进行孔结构改性。

步骤7)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，通过水热处理进行孔结构改性。

步骤8)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤9)使用高温处理(>600℃)来改善颗粒机械稳定性。

步骤10)通过酸处理(例如盐酸或氢氟酸)来制备用于改性的颗粒表面。

步骤11)对颗粒表面化学改性。

方法B：

步骤1)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂时，使四烷氧基硅烷在具有或不具有(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d情况下缩合，以形成晶种粒子(0.2-10μm)。

步骤2)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂时，在具有或不具有(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d情况下，通过使四烷氧基硅烷缩合使晶种粒子生长，以形成较大芯颗粒(0.3-20μm)。

步骤4)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤5)通过经热处理或提取技术移除有机基团和/或表面活性剂，产生多孔二氧化硅颗粒。

步骤7)在存在表面活性剂和/或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，通过假晶转化进行孔结构改性。

步骤8)通过提取技术或通过煅烧移除表面活性剂。

步骤9)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，通过水热处理进行孔结构改性。

步骤10)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤11)使用高温处理(>600℃)来改善颗粒机械稳定性。

步骤12)通过酸处理(例如盐酸或氢氟酸)来制备用于改性的颗粒表面。

步骤13)对颗粒表面化学改性。

方法C(方法A的特定形式)：

步骤l)使Si(OCH₂CH₃)₄缩合，以形成晶种粒子(0.2-2μm)。

步骤2)通过对Si(OCH₂CH₃)₄缩合使晶种粒子生长，以形成较大芯颗粒(0.3-7μm)。

步骤3)在存在或不存在孔结构化试剂(例如均三甲苯或烷烃)时，通过Si(OCH₂CH₃)₄与RSi(OR’)₃(R＝辛基或十八烷基，且R’为甲基或乙基)共缩合来使颗粒进一步生长，以得到无孔颗粒(0.4-10μm)。此处R＝辛基或十八烷基，并且R’为甲基或乙基。

步骤4)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤5)通过经热处理(500-600℃，空气中)移除有机基团，产生多孔二氧化硅颗粒。

步骤6)使用二氟化铵(4-20小时，25-60℃)进行孔结构改性。

步骤7)通过水热处理(7-20时，pH 5-7，90-150℃)进行孔结构改性。

步骤8)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤9)使用高温处理(800-1,000℃)来改善颗粒机械稳定性。

步骤10)使用氢氟酸处理来制备用于改性的颗粒表面。

步骤11)使用氯硅烷偶联和封端方案，对颗粒表面进行化学改性。

方法D(改性芯颗粒)：

步骤1)通过采用酸、碱、化学还原、化学氧化处理，或通过表面改性基团连接(例如胺、表面活性剂、硅烷键吸附)，使<10μm颗粒(例如金刚石、氧化锆、二氧化钛、氧化铁、铈、钴、氧化钴、碳、二氧化硅、碳化硅)表面活化。

步骤2)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，在具有或不具有(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d情况下，通过对四烷氧基硅烷进行缩合使颗粒生长。

步骤3)在存在或不存在表面活性剂或孔结构化试剂(包括孔扩展分子和聚合物)时，通过使四烷氧基硅烷与(R¹)_a(R²)_b(R³)_cSi(OR⁴)_d共缩合使颗粒进一步生长，以得到无孔颗粒。

步骤4)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤8)通过提取技术或通过煅烧移除表面活性剂。

步骤10)通过颗粒分级技术来改善颗粒尺寸分布。

步骤11)使用高温处理(>600℃)来改善颗粒机械稳定性。

步骤13)对颗粒表面化学改性。

另选方案

可探究方法A-D之内的多种另选方案。例如，如果颗粒在生长之后尺寸基本上均一，可能就不需要进一步定径步骤。可避免的其它步骤是在假晶转化之前使用含氟化学品的改性步骤；或者如果颗粒在不采用该步骤情况下已具有足够的机械强度，可避免的其它步骤是使用较高温度处理来改善颗粒机械稳定性。

方法D可用于制备表面多孔磁性颗粒。

可用于本发明方法的其它方案如下。

在一个方面，本发明提供一种用于制备表面多孔材料的方法，包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；

b.)用芯涂布材料涂布所述芯材料；以及

c.)向所述芯材料施加一个或多个多孔壳材料层，以形成表面多孔材料。

d.)对表面多孔材料的一个或多个特性进行优化。

c)用溶胶在材料上形成附加层，所述溶胶为无机、杂化、纳米颗粒、或它们的混合物，已预粘合有具有与前层的可离子化基团的电荷相反的可离子化基团的烷氧基硅烷。

在另一些实施方案中，可用的杂化有机基团为芳族基团，其可发生磺化、硝化、胺化、或氯甲基化，之后氧化或被含胺基团亲核取代，以形成可离子化基团。在另一些实施方案，可用的杂化有机基团为烯烃基团，其可发生氧化、交叉复分解、或聚合，以形成可离子化基团。在具体的实施方案中，可用的杂化有机基团为硫醇基团，其可发生氧化、自由基加成、亲核取代、或聚合，以形成可离子化基团。

R(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)x (公式1)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

R表示碱性基团，包括(但不限于)-NH₂、-N(R’)H、-N(R’)₂、-N(R’)₃ ⁺、-NH(CH₂)_mNH₂、-NH(CH₂)_mN(R’)H、-NH(CH₂)_mN(R’)₂、-NH(CH₂)_mN(R’)₃ ⁺、吡啶基、咪唑基、聚胺；

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团；

m为2-6。

A(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)x (公式2)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

A表示酸性基团，包括(但不限于)磺酸、羧酸、磷酸、硼酸、芳基磺酸、芳基羧基、芳基膦酸、以及芳基硼酸。

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团。

其中

PEO为聚环氧乙烷重复单元，

PPO为聚环氧丙烷重复单元，

x为介于5-106之间的整数，

y为介于30-85之间的整数。

乙醇、水、氢氧化铵或它们的组合；

十八烷基三甲基溴化铵；

以及P123.

在另一些实施方案中，有机硅氧烷选自苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；或1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯。

在其它实施方案，将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液以缓慢且恒定速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。在某些此类实施方案中，将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液在介于维持颗粒表面积(m²)与反应体积的均一比率所需的速率至维持颗粒体积(m³)与反应体积的均一比率所需的速率之间的范围内添加。

在某些实施方案中，使用式XX的混合物施加各个层。

(D)_d(E)_e(F)_f (式XX)

其中，

a)d+e+f＝1

b)D为初始缩合时的一种或多种无机组分

c)E为初始缩合时的一种或多种杂化组分

(CH₃CH₂O)_4-vSi(OR*)_v (式XXb)

其中

v为等于1-4的整数。

本发明的另一个方面提供一种通过如下方式在芯的表面附近产生杂化含量增大的芯的方法：采用使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机芯涂布材料、或它们的组合形成的一个或多个层，对无孔二氧化硅芯进行改性。

本发明的又一个方面提供一种通过如下方式在材料外表面附近产生杂化含量增大的表面多孔杂化材料的方法：采用使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机芯涂布材料、或它们的组合形成的一个或多个层，对表面多孔材料进行改性。

本发明的再一个方面提供一种通过如下方式在颗粒外表面附近产生杂化含量增大的表面多孔杂化颗粒的方法：采用使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机芯涂布材料、或它们的组合形成的一个或多个层，对表面多孔颗粒进行改性。

本发明的再一个方面提供一种通过如下方式在颗粒外表面附近产生杂化含量增大的表面多孔杂化颗粒的方法：采用使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机芯涂布材料、或它们的组合形成的一个或多个层，对表面多孔颗粒(基本上为二氧化硅(>90摩尔％))进行改性。

本发明的再一个方面提供一种产生杂化含量在颗粒外表面附近增大的表面多孔杂化颗粒的方法，包括以下步骤：

a.)形成表面多孔颗粒，该表面多孔颗粒基本上为二氧化硅(>90摩尔％)并具有介于0.18-0.50cm³/g之间的孔体积；以及

b.)通过采用使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机芯涂布材料、或它们的组合所形成的一个或多个层对该颗粒进行改性，使该颗粒的孔隙度下降0.01-0.20cm³/g。

在本发明的某些实施方案中，该方法提供在该过程中形成1-15个层的材料。在其它方面，形成2-5个层。在另一些方面，形成1-2个层。

在本发明的另一些实施方案中，表面多孔材料进一步被表面改性。在一些方面，通过涂布聚合物；涂布聚合物，有机基团和硅烷醇基团改性的组合；有机基团改性和涂布聚合物的组合；硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合；在材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键；或者有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合进行表面改性。

a.)提供基本上无孔芯材料；以及

在增大基本上无孔材料的孔隙度的此类方法中，向所述芯材料施加一个或多个多孔壳材料层的方法将被理解为与以上对制备表面多孔材料所述的那些基本上相同，并应当被视为如此。

用于合成本发明材料的另外另选方案和表面改性剂

本发明还提供了用于产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法。

在一个实施方案中，本发明提供了用于产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法，包括：

提供杂化芯材料；

用芯涂布材料涂布所述芯材料，以形成涂布的芯；以及

使一种或多种聚合物有机官能金属前体和/或聚合物金属氧化物前体在涂布的芯表面缩合。

在另一个实施方案中，本发明提供了用于产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法，包括：

提供杂化芯材料；

用芯涂布材料涂布所述芯材料，以形成涂布的芯；

将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与一种聚合物金属氧化物的混合物施加于涂布的芯的表面；以及

使所述表面进一步缩合。

在某些实施方案中，产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法还包括使杂化材料经受水热处理的步骤。

在另一个实施方案中，本发明提供了用于产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法，包括以下步骤：

提供芯材料；

用芯涂布材料涂布所述芯材料，以形成涂布的芯；以及

提供芯材料；

用芯涂布材料涂布所述芯材料，以形成涂布的芯；以及

将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与一种聚合物金属氧化物的混合物施加于涂布的芯的表面；并且使所述表面进一步缩合。

在某些实施方案中，如上所述的产生本文所述的无机/有机杂化材料的方法还包括使杂化材料经受水热处理的步骤。

在某些实施方案中，在水热处理之后，用各种试剂对涂布的芯和/或材料的表面进行改性。此类“表面改性剂”包括(通常)赋予色谱固定相特定色谱功能的有机官能团。多孔无机/有机杂化颗粒具有可另外被表面改性剂取代或衍生化的有机基团和硅烷醇基团两者。

在一些实施方案中，经水热处理的涂布的芯和/或芯涂布材料的表面包含有机基团，其可通过与对颗粒的有机基团有反应性的试剂反应而被衍生化。例如，颗粒上的乙烯基基团可与多种烯烃反应性试剂诸如溴(Br₂)、氢气(H₂)、自由基、增长聚合物自由基中心、二烯等等反应。又如，颗粒上的羟基可与多种醇反应性试剂诸如异氰酸酯、羧酸、羧酰氯和如下所述的反应性有机硅烷反应。该类反应在文献中是公知的，参见例如March,J.AdvancedOrganic Chemistry，第3版，Wiley,New York,1985；Odian,G.The PrinciplesofPolymerization，第2版，Wiley,New York,1981。

在另外的实施方案中，经水热处理的涂布的芯和/或芯涂布材料的表面还包含硅烷醇基团，其可通过与反应性有机硅烷反应而被衍生化。例如通过在回流条件下与十八烷基三氯硅烷或十八烷基二甲基氯硅烷在有机溶剂中反应，根据标准方法进行涂布的芯和/或芯涂布材料的表面衍生化。有机溶剂诸如甲苯通常用于该反应。将有机碱(诸如吡啶或咪唑)添加到反应混合物中来催化反应。然后，用水、甲苯和丙酮洗涤该反应的产物，并在减压下于80℃至100℃干燥16h。可通过使用上述类似的方法，使所得的杂化颗粒与短链硅烷诸如三甲基氯硅烷进一步反应来封端残留的硅烷醇基团。

在其它实施方案中，如本文所公开的表面改性剂例如经由衍生化或涂布并随后交联而连接于基底材料，使表面改性剂的化学特征赋予基底材料。在一个实施方案中，使涂布的芯和/或芯涂布材料的有机基团与表面改性剂反应形成有机共价键。改性剂可与颗粒的有机基团形成有机共价键，其经由有机和聚合物化学领域公知的多种机制，包括但不限于亲核、亲电、环加成、自由基、卡宾、氮宾和碳正离子反应。有机共价键定义为包括有机化学的常见元素之间形成的共价键，所述常见元素包括但不限于氢、硼、碳、氮、氧、硅、磷、硫和卤素。此外，将碳-硅和碳-氧-硅键定义为有机共价键，而硅-氧-硅键不定义为有机共价键。

术语“官能化基团”包括赋予色谱固定相特定色谱功能的有机官能团，包括例如十八烷基(C₁₈)或苯基。此类官能化基团被直接引入基底材料中，或存在于例如如本文所公开的表面改性剂中，该表面改性剂例如经由衍生化或涂布并随后交联而连接于基底材料，使表面改性剂的化学特征赋予基底材料。

在某些实施方案中，硅烷醇基团被表面改性。在其它实施方案中，有机基团被表面改性。在另一些实施方案中，涂布的芯和/或芯涂布材料的有机基团和硅烷醇基团均被表面改性或衍生化。在另一个实施方案中，颗粒通过涂布聚合物而被表面改性。在某些实施方案中，将涂布聚合物的表面改性与硅烷醇基团改性、有机基团改性、或硅烷醇基团和有机基团改性这两者结合使用。

更一般地，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料的表面可如下改性：用包括式Z_a(R’)_bSi-R”的化合物的表面改性剂处理，其中Z＝Cl、Br、I、C_l-C₅烷氧基、二烷基氨基，例如二甲氨基、或三氟甲磺酸酯；a和b各自为0至3的整数，前提条件是a+b＝3；R’为C₁–C₆直链、环状或支链烷基基团，并且R”为官能化基团。在某些情况下，此类颗粒通过涂布聚合物而被表面改性。

R’包括例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基或环己基；优选地，R’为甲基。

官能化基团R”可包括烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、包含嵌入极性官能团或手性部分的烷基或芳基基团。合适的R”官能化基团的示例包括手性部分，C₁-C₃₀烷基，包括C₁-C₂₀，诸如辛基(C₈)、十八烷基(C₁₈)和三十烷基(C₃₀)；烷芳基，例如C₁-C₄-苯基；氰基烷基基团，例如氰基丙基；二醇基团，例如丙基二醇；氨基基团，例如氨基丙基；以及烷基或芳基基团，具有嵌入极性官能团例如氨基甲酸酯官能团(诸如公开于美国专利No.5,374,755)以及手性部分。此类基团包括以下通式的那些：

其中1、m、o、r和s为0或1，n为0、1、2或3，p为0、1、2、3或4，并且q为0至19的整数；R₃选自氢、烷基、氰基和苯基；并且Z、R’、a和b如上定义。优选地，氨基甲酸酯官能团具有以下所示通式结构：

在特定应用诸如手性分离中，包括作为官能化基团的手性部分为尤其有利的。

聚合物涂层在文献中为已知的并且通常可如下提供：使物理吸附的单体聚合或缩聚到表面，聚合物层并未化学键合于载体(I型)；使物理吸附的单体聚合或缩聚到表面，并且聚合物层化学键合于载体(II型)；物理吸附的预聚物固定至载体(Ⅲ型)；以及预合成的聚合物化学吸附到载体表面上(IV型)。参见例如Hanson等人，J.Chromat.A656(1993)369-380，其文本以引用方式并入本文。如上所述，用聚合物涂布杂化材料可与本发明所述的各种表面改性一起使用。

因此，在某些实施方案中，表面改性剂选自辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷和十八烷基二甲基氯硅烷。在另一个实施方案中，表面改性剂选自辛基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷。

在另一个实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合而被表面改性。

在其它实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过有机基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。

在其它实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。

在另一个实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料经由在涂布的芯和/或芯涂布材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键而被表面改性。

在某些实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。

在一个实施方案中，本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过硅烷醇基团改性而被表面改性。

在另一个实施方案中，本发明提供了本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过进一步包括致孔剂而被改性的方法。在另一个实施方案中，致孔剂选自环己醇、甲苯、均三甲苯、2-乙基已酸、邻苯二甲酸二丁酯、l-甲基-2-吡咯烷酮、1-十二烷醇和Triton X-45。在某些实施方案中，致孔剂为甲苯或均三甲苯。

在一个实施方案中，本发明提供了本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料通过包括表面活性剂或稳定剂而被进一步改性的方法。在某些实施方案中，表面活性剂为TritonX-45、Triton X100、Triton X305、TLS、Pluronic F-87、Pluronic P-105、Pluronic P-123、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸TRIS、或Triton X-165。在某些实施方案中，表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基硫酸铵、或十二烷基硫酸TRIS。

合成以上所述的本发明的芯和/或表面多孔材料的某些实施方案进一步例示于以下实施例中。

在某些实施方案中，在施加涂布材料之前，使芯材料在空气中经受热处理。在此类实施方案中，将芯材料在空气中或惰性气氛(例如氮气)中于600-1300℃，更具体地800-1250℃，更具体地900-1300℃范围内的温度下热处理。

在另一些实施方案中，在施加周围材料之前或之后，使本发明的涂布的芯和/或表面多孔材料经受热处理。在此类实施方案中，将材料在空气中或惰性气氛(例如氮气)中于600-1300℃，更具体地800-1250℃，更具体地900-1300℃范围内的温度下热处理。在周围材料施加或不施加到层之间或最终层上情况下，可在这些温度下，将颗粒在表面多孔合成期间溶胶层之间和/或最终层上进行热处理。

分离设备和试剂盒

另一方面提供了多种分离设备，该分离设备具有包含如本文所述的材料的固定相。分离设备包括例如色谱柱、薄层板、滤膜、样品提纯设备、以及微量滴定板；用于HPLC柱的填料；固相提取(SPE)；离子交换色谱；磁珠应用；亲和色谱和SPE吸附剂；螯合剂；用于组合化学的固体载体；用于低聚糖、多肽和/或低聚核苷酸合成的固体载体；固体负载生物测定；用于质谱的毛细管生物测定设备、用于受控大孔聚合物膜的模板；毛细管色谱；电动泵填充材料；用于微流体设备的填充材料；聚合物添加剂；催化载体；以及用于微芯片分离设备的填充材料。相似地，本发明的材料可填充到制备型、微孔、毛细管、以及微流体设备中。

本发明的材料因其改善的稳定性而赋予这些设备改善的寿命。因此，在特定方面，本发明提供了寿命改善的色谱柱，其包括：

a)柱，其具有用于接受填充材料的圆柱形，以及

b)填充色谱床，其包含如本文所述的材料。

在另一特定方面，本发明提供了一种色谱设备，其包括：

a)内部通道，其用于接受填充材料，以及

b)填充色谱床，其包含如本文所述的材料。

如本文所述，本发明还提供了包括如本文所述的材料以及使用说明的试剂盒。在一个实施方案中，该说明书用于与例如色谱柱、薄层板、滤膜、样品提纯设备、固相提取设备、微流体设备、以及微量滴定板的分离设备一起使用。

实施例-

可通过描述色谱材料的以下非限制性实施例来进一步说明本发明。

涂布材料实施例-

如本文所述，本发明涉及将经表面改性的表面多孔颗粒用作固定相，以在高pH条件下进行色谱分离。迄今为止，市售表面多孔产品由二氧化硅颗粒构成，其因二氧化硅在高于7的pH值下溶解而不适于高pH分离。在水存在下用有机/无机杂化聚乙氧基低聚硅氧烷聚合物(PEOS)对表面多孔颗粒的表面改性产生如下产物：在较高pH值(10-12)下，成功地延长柱稳定性。当观察到相对于未经表面改性的表面多孔颗粒(即100％二氧化硅)显著改善时，这些柱不似完全多孔有机/无机杂化颗粒那样稳定。为了确定柱失效的原因，在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试之后分析表面改性的表面多孔颗粒。未装填材料的SEM图像相比于测试之前的相同材料并未示出显著变化(图9)，然而，为了进一步分析的目的，在手动破碎颗粒之后，发现了主要失效机制；在有机/无机杂化表面成功地保护壳免于显著溶解时，观察到如由形态变化(表面凹陷、孔和/或减小的芯尺寸)所示的显著芯侵蚀迹象(图10)。

芯侵蚀随后用这些经表面改性的表面多孔颗粒的横截面图像证实(图11)。在进一步研究之后，显著芯侵蚀也在该领域中竞争者的pH稳定性较高的出售的商购表面多孔颗粒中观察到(图12)。此外，在高pH测试之前在材料中观察到侵蚀的迹象(多孔层表面附近的芯外边缘中的小孔)，这表明制备颗粒的过程过早地影响芯完整性(图11和12)。

芯颗粒的侵蚀导致机械不稳定的柱，这将致使床塌陷，使得柱头部空隙较大并且柱末端玻璃料堵塞；这将通过柱反向压力显著增大以及较差的分析物峰形观察到。当在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试这些柱时，观察到前述物理观察和色谱效应。此外，就高pH条件下的失效而言，观察到显著的颗粒尺寸效应——随着颗粒尺寸减小，装填有该材料的柱的高pH稳定性显著下降(图13A和13B)。尽管不受理论所限，据信由于芯溶解而使色谱效应对较大颗粒花费较长时间，原因为所述芯相比于较小颗粒而言较大(每体积更多的二氧化硅芯)。

图12示出以下项的BIB-SEM图像：在颗粒填充到HPLC柱之前示出芯侵蚀的竞争物A颗粒(a)；以及在颗粒填充到HPLC柱之前(b)以及在颗粒填充到HPLC柱中之后，在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下测试，并从柱挤出(c&d)而示出芯侵蚀的竞争物B颗粒。

图13A显示示出就竞争物柱而言颗粒尺寸对高pH稳定性影响的色谱结果，如由4-sigma初始效率的百分比变化(a)和半高效率的百分比变化(b)所测定。图13B显示示出就竞争物柱而言颗粒尺寸对高pH稳定性影响的色谱结果，如由拖尾因子(c)和压力百分比变化(d)*所测定。详细测试条件描述于“样品测试1”。*竞争物A的压力轨迹不可获得。

用于测定碱稳定性的样品测试条件：

测试1)流动相梯度：5％至95％B，2.3分钟内，使用线性型曲线；在95％B下保持0.7分钟；恢复初始条件并以0.8mL/分钟流速保持1.5分钟(A＝10mM碳酸氢铵，pH 10.5并且B＝100％乙腈)。使2.1×50mm柱维持在60℃恒定温度下。标准注射体积为3μL。在该测试中，如果在500-3000次注射之前并未表现出以上所列的任一种性能或属性变化，则认为材料为碱稳定的；

测试2)流动相：10mM碳酸氢铵(pH 10.5)等度，恒定流速为0.21mL/min。使2.1×50mm柱维持在70℃恒定温度下。如果其在36小时之后保留超过60-80％的固定质量，则认为材料为碱稳定的。

材料

除非另外指明，所有试剂收到后即使用。本领域的技术人员将认识到所存在的以下供应品和供应商的等同物，因此以下列出的供应商不应理解为限制性的。

表征

本领域的技术人员将认识到所存在的以下仪器和供应商的等同物，因此以下列出的仪器不应理解为限制性的。

％C、％H、％N值通过燃烧分析(CE-440元素分析仪；Exeter Analytical Inc.,North Chelmsford,MA)来测量，或者％C通过库仑碳分析仪(模块CM5300,CM5014,UICInc.,Joliet,IL)来测量。这些材料的比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)用多点N₂吸附方法(Micromeritics ASAP 2400；Micromeritics Instruments Inc.,Norcross,GA)进行测量。用BET方法计算SSA，SPV为对P/P₀>0.98所测的单点值，并用BJH方法由吸附等温线log来计算APD。中值中孔直径(MPD)和中孔孔体积(MPV)通过压汞法(MicromeriticsAutoPore IV,Micromeritics,Norcross,GA)进行测量。在1-7kV下进行扫描电镜(SEM)图像分析(JEOL JSM-5600仪器(Tokyo,Japan)或Hitachi SU8030仪器(Dallas,TX))。聚焦离子束扫描电镜(FIB/SEM)图像分析由Analytical Answers Inc.(Woburn,MA)在FEI型号200聚焦离子束仪器，以及Hitachi S4800Ultra-场发射SEM上进行。颗粒尺寸使用BeckmanCoulter Multisizer 3分析仪(30μm孔，70,000计数；Miami,FL)或使用SEM手动测量。使用宽离子束铣削系统(Hitachi IM 4000plus)对颗粒进行横截面成像。颗粒尺寸(dp)通过SEM或通过使用Beckman Coulter测量为基于体积的颗粒尺寸分布的50％累加直径或基于数量的颗粒尺寸分布模式。分布宽度测量为90％累积体积直径除以10％累积体积直径(表示为90/10比率)。金属含量通过ICP-AE(Thermo Fisher Scientific iCAP 6500Duo)测量的。使用Malvern Mastersizer 2000在水中测定光散射颗粒尺寸测量。使用Malvern ZetaSizerNanoSeries(ZEN3600型号)进行纳米颗粒的颗粒尺寸测量和ζ电势测量。使用BrukerInstruments Avance-300光谱仪(7mm双宽带探针)获得多核(¹³C，²⁹Si)CP-MAS NMR光谱。旋转速度通常为5.0-6.5kHz，循环延迟为5秒，并且交叉极化接触时间为6毫秒。使用外标金刚烷(¹³C CP-MAS NMR，δ38.55)和六甲基环三硅氧烷(²⁹Si CP-MAS NMR，δ-9.62)，相对于四甲基硅烷记录报告的¹³C和²⁹Si CP-MAS NMR光谱偏移。使用DMFit软件通过光谱解卷积评价不同硅环境的群体。[Massiot,D.；Fayon,F.；Capron,M.；King,I.；Le Calvé,S.；Alonso,B.；Durand,J.-O.；Bujoli,B.；Gan,Z.；Hoatson,G.Magn.Reson.Chem.2002,40,70-76]。分级技术描述于例如W.Gerhartz等人(编辑)Ullmann's Encyclopedia ofIndustrialChemistry，第5版，第B2卷:Unit Operations I,VCH VerlagsgesellschaftmbH,(Weinheim,Fed.Rep.Germ.1988)。磁性测量使用振动样品磁力仪(ADE/DMS型880)由ArKival Technology Corporation(Nashua,NH)进行。物相表征通过广角X-射线粉末衍射(XRPD)分析(H&M Analytical Services,Inc.Allentown,N.J.)，使用Bruker D4衍射仪(Cu辐射，40KV/30mA)进行。扫描在10°至90°2-θ角度范围上进行，并且步阶尺寸为0.02°且计数时间为每步715秒。

实施例CC-1

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900℃)10h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒的表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。该处理NPS芯的过程通常用于后续实施例。其可称为“对照芯”。

实施例CC-2

使得自实施例CC-1的对照芯完全分散于甲苯(10mL/g)中，然后共沸汽提(111℃，2.5h)以确保无水条件。将丙醇锆(70％于丙醇中；2μmol/m²)用等质量的甲苯稀释，添加至NPS/甲苯浆料，然后在室温下搅拌1h。接着允许浆料在惰性气氛下回流搅拌16h。然后使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。颗粒随后采用以下次序洗涤(10ml/g)：3×甲苯，3x甲酸(含水；1％w/w)、7x水、1×丙酮/水(1:1v/v)，2×丙酮。最终，在25mm真空下，将分离的经表面改性颗粒在65℃下干燥16h。锆浓度经由ICP-AE测定为793ppm。相比于改性之前的材料，并未经由SEM观察到显著的颗粒尺寸差异。

实施例CC-3

将得自实施例CC-2的表面改性颗粒在450℃下加热处理6小时，然后在750℃下加热处理5小时。锆浓度经由ICP-AE测定为812ppm。

实施例CC-4

在初始热处理之后，根据如实施例CC-2所述的方法，通过添加附加锆层对得自实施例CC-2的表面改性颗粒进一步改性。锆浓度经由ICP-AE测定为1667ppm。相比于改性之前的材料，并未经由SEM观察到显著的颗粒尺寸差异。

实施例CC-5

将得自实施例CC-4的表面改性颗粒在450℃下加热处理6小时，然后在750℃下加热处理5小时。锆浓度经由ICP-AE测定为1682ppm。

实施例CC-6

在初始热处理和再羟基化之后，通过重复如实施例CC-2所述的过程对得自实施例CC-2的表面改性颗粒进一步改性多至60次和/或至100nm的锆总厚度。

实施例CC-7

将得自实施例CC-6的表面改性颗粒在450℃下加热处理6小时，然后在750℃-1300℃下加热处理5小时。

实施例CC-8

将得自实施例CC-1的对照芯完全分散于甲苯(18mL/g)中，然后共沸汽提(111℃，1h)以从材料移除残余的水。这些初始无水条件很重要，原因是当在后续步骤中添加水时，其确保了含水量的准确度。使反应温度保持于40℃，同时添加100％1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTEE)PEOS(0.821g PEOS/g NPS)并允许搅拌10分钟，然后添加酸或碱催化剂形式的水，在该情况下即为NH₄OH_(aq)(0.1g碱/g NPS)。将反应在40℃下再搅拌10分钟，然后使温度增大至60℃保持2h。然后使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒随后用乙醇(10ml/g)洗涤两次，然后再分散于70/30(v/v)水/乙醇(10mL/g)中。然后添加氢氧化铵(1gNH₄OH/g NPS)并将混合物在50℃下搅拌2h。然后使反应冷却<40℃，并经由过滤分离颗粒。分离的颗粒采用以下次序洗涤(10ml/g)：2×甲醇/水(1:1v/v)，2×甲醇。最终，在25mm真空下，将分离的经表面改性颗粒在80℃下干燥16h。通过库仑碳分析仪将碳含量测定为435ppm。

实施例CC-8a

将先前已在600℃下热处理(10h)并用10％硝酸(Fisher scientific)再羟基化的无孔二氧化硅颗粒(10.4g，1.26μm)经超声处理分散到100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中10分钟。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(2.46g，C18TAB，Sigma-Aldrich)溶解于100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。然后，将C18TAB溶液添加到颗粒溶液中并超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将Pluronic P123(39.0g，Sigma-Aldrich)溶解于400mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B(400mL)添加到溶液A(200mL)中并允许继续超声波处理20分钟。然后将混合物转移到1L圆底烧瓶中并在750rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，24mL，J.T.Baker)添加到烧瓶中并允许继续搅拌5分钟。将1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(6mL，BTEE，Gelest)首先用无水乙醇(稀释因子＝3)稀释，然后利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以恒定流速(50μL/min)添加至烧瓶。允许反应继续搅拌，直至添加所有BTEE，在洗涤之前允许搅拌额外一小时。涂层厚度通过添加至反应的BTEE的量来控制。所用最终浓度的试剂为C18TAB(2.6-17.27mM)、Pluronic P123(3.5-22.16mM)、以及BTEE(0.020-0.030M)。在洗涤步骤期间，将样品用去离子水稀释为四倍样品体积，然后进行离心(Forma Scientific型号5681，2,500rpm，6min)。使用超声处理再分散颗粒，将洗涤次序重复两次。生长过程进行一次，以在无孔二氧化硅芯上生长出杂化层。通过离心分离产物并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,N.J.)洗涤。然后，使颗粒在室温(30℃)下分散于2M盐酸的丙酮溶液中。将混合物机械搅拌18小时。通过离心(Forma Scientific型号5681，4000rpm，10min)分离产物，然后利用再分散颗粒的超声处理，用去离子水洗涤4次(或直至pH大于6)并用甲醇洗涤2次。将产物在80℃下真空干燥16小时，并且提交用于SEM和氮吸附分析。

实施例CC-9

在初始热处理和再羟基化之后，如实施例CC-8和CC-8a所述的方法进一步扩展为包括单体和聚合物无机和/或有机材料来代替100％BTEE PEOS(如专利[US 2014031905、20150133294、20150136700、20130319086、20130273404、20130112605、20130206665、2012055860、20110049056、20120141789、20140194283、20090209722、20100076103、以及9,248,383、9,145,481、9,120,083、8,778,453、8,658,277、7,919,177、7,223,473、6,686,035]所述)，其中多至60次和/或至200nm的总芯涂布材料厚度。

实施例CC-10

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(1090℃)24h。尽管不受理论所限，增大的温度和保持温度时间应当允许二氧化硅芯进一步致密化，从而导致在高pH条件下的稳定性增大。在热处理之后，存在显著程度的团聚颗粒；这可通过在热处理之前添加分散剂来降低。

实施例CC-11

根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使得自实验CC-1、CC-2、CC-8和CC-10的改性芯颗粒经受升高的温度(100℃和140℃)和pH(9.8)。这些实验的稳定性经由相比于原料的颗粒尺寸(n，模式；Coulter)和SEM形态(表面孔和凹陷)变化，通过二氧化硅溶解迹象来测定。这些实验的汇总可见于表CC-1。

结果表明没有一种经水热处理的芯改性材料示出在100℃或140℃下有芯侵蚀迹象。在1090℃下煅烧后水热处理的NPS材料的SEM图像上观察到某些形态差异(表面凹陷)。尽管不受理论所限，据信这些凹陷并非由于二氧化硅溶解；相反，这是由于颗粒在极端温度下热处理期间附聚在一起，然后在超声处理步骤期间分解，随后水热处理，暴露出非球形区域(颗粒一旦相连)。因此得出的结论为相比于起始未改性的NPS，经表面改性的芯在这些条件下并未导致可测量的高pH稳定性差异。令人惊奇地，未改性NPS即对照产物(样品1)并未示出在100℃或140℃下水热处理后有溶解迹象(分别为样品la和1b)。各个经水热处理的材料中观察到的缺陷水平等同于起始NPS材料的缺陷水平，因此据报道并无形态差异。缺乏形态变化可指示均匀溶解；因此在封闭系统中进行实验，溶解的硅酸盐被允许再沉积到二氧化硅表面。因此，尽管不受理论所限，芯中观察到的形态变化(表面孔和凹陷)可指示不均一溶解。

表CC-1

实施例CC-12

得自实施例CC-1、CC-3、CC-5、CC-8和CC-10的表面改性NPS芯以及100％锆芯填充到HPLC柱(2.1×50mm)中，干燥(60℃，30mm Hg)，称重，暴露于如“样品测试2”所述的高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，0.21mL/min，36h)，然后再干燥并再称重。该实施例的结果可见于表CC-2。这些实验的稳定性经由相比于原料的SEM形态(表面孔、纹理和凹陷)以及颗粒尺寸变化(n，模式；Coulter)、柱重量损失(％)和柱床损失(％)，通过二氧化硅溶解迹象来测定。不受理论所限，据信任何溶解的硅酸盐将继续随流动相移动出柱，并且二氧化硅在前述测试条件下最小限度地(如果有的话)再沉积到NPS表面上。

虽然预期对照(样品1)显著的二氧化硅溶解，令人惊奇地是BTEE表面改性产物(样品8)和锆改性产物(样品3和5)并未示出相对于对照有任何改善；全部导致类似的柱重量损失和柱床空隙，对这两种量度为约51％。然而，表面改性材料的SEM图像(图14，15，16)示出相比于对照(图17)稍微更褶皱的外观；尽管不受理论所限，这可指示二氧化硅芯因不均匀的BTEE表面层而优先溶解。这似乎暗示如果过程如实施例CC-6和CC-9所述最优化(即芯涂布材料的覆盖率较高)，可使芯侵蚀成功地降低至相当多程度。

暴露于较高热温度的样品(样品10)导致相比于对照(样品1；31％相比于51％)显著较小的重量损失。在该产物的SEM图像(图18)中观察到类似于原料的平滑颗粒表面，指示均一的侵蚀。如实施例CC-10中所示，在热处理之后观察到显著程度的团聚颗粒，尽管不受理论所限，据信在图像中所观察到的较大表面凹陷并非由于二氧化硅溶解；相反，这是由于颗粒在极端温度下热处理期间附聚在一起，然后在装填之前在超声处理步骤期间分解，暴露出非球形区域(颗粒一旦相连)。

100％锆产物(样品0)示出无芯侵蚀标志，如由在这些高pH条件下测试36小时之后0重量％损失和1％柱空隙所测。

表CC-2

图17示出暴露于高pH条件之前(a)和之后(b)的对照NPS芯。

实施例CC-13

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900-1300℃)10-24h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。然后用下述方法对芯的表面进行改性(图19)。

使经热处理的NPS颗粒完全分散于甲苯(21mL/g)中。然后进行共沸汽提(111℃，1h)，以从材料移除残余的水。这些初始无水条件很重要，原因为当在后续步骤中添加水时，其确保了含水量的准确度。使反应温度保持于40℃，同时添加100％BTEE PEOS(0.821gPEOS/g芯)并允许搅拌10分钟，然后添加催化剂(0.03-0.1g酸或碱/g芯)形式的水。将反应在40℃下再搅拌10分钟，然后使温度增大至60℃保持2h。接着使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒随后用乙醇(10ml/g)洗涤两次，然后再分散于70/30(v/v)水/乙醇(10mL/g)中。添加氢氧化铵(1g NH₄OH/g芯)并将混合物于50℃搅拌2h。然后使反应冷却<40℃，并经由过滤分离颗粒。分离的颗粒采用以下次序洗涤(10ml/g)：2×甲醇/水(1:1v/v)，2×甲醇。最终，在25mm真空下，将分离的经表面改性颗粒在80℃下干燥16h。将以上过程重复1-60次。

为了确保以上产生的杂化层的均匀度，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使改性颗粒暴露于升高的温度(100-140℃)和pH(8-9.8)。使连接如上所述100％BTEE PEOS芯涂布材料的过程重复附加1-60次。根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使表面改性的颗粒再暴露于升高的温度(100-140℃)和pH(8-9.8)。

然后，使表面杂化的颗粒在1M HCl(8.4mL/g)中回流20小时。然后使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒用足量的水洗涤直至pH增大至>5。然后，将半中和的颗粒用丙酮(10ml/g)洗涤三次。随后，将颗粒的尺寸设定成移除任何可能存在的附聚细小颗粒。

图19示出在NPS芯上产生杂化表面的过程的实施方案。

实施例CC-14

如实施例CC-13所述的方法进一步扩展为包括单体和聚合物无机和/或有机材料来代替100％BTEE PEOS，如专利[US 2014031905、20150133294、20150136700、20130319086、20130273404、20130112605、20130206665、2012055860、20110049056、20120141789、20140194283、20090209722、20100076103以及9,248,383、9,145,481、9,120,083、8,778,453、8,658,277、7,919,177、7,223,473、6,686,035]所述，并且表面改性过程可重复多至60次。

实施例CC-15

然后，如下文所述对得自实施例CC-1的对照芯颗粒的表面进行改性。

表面多孔二氧化硅层可形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62)的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University ofArizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用相同尺寸纳米颗粒的8-12个层。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在空气中热处理(540℃)20小时移除高分子电解质。为了进一步强度这些材料，将第二热处理(900℃)采用20小时。再羟基化步骤然后使用Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}的实施例64中所述的方法实施。

然后，使用以下过程，采用杂化物对表面多孔颗粒的表面进行改性：

使表面多孔颗粒完全分散于甲苯(21mL/g)中。然后进行共沸汽提(111℃，1h)，以从材料移除残余的水。

这些初始无水条件很重要，原因是当在后续步骤中添加水时，其确保了含水量的准确度。使反应温度保持于40℃，同时添加100％BTEE PEOS(0.821g PEOS/g颗粒)并允许搅拌10分钟，然后添加催化剂形式的水，在该情况下即为NH₄OH_(aq)(0.03-0.1g碱/g颗粒)。将反应在40℃下再搅拌10分钟，然后使温度增大至60℃保持2h。接着使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒随后用乙醇(10ml/g)洗涤两次，然后再分散于70/30(v/v)水/乙醇(10mL/g)中。添加氢氧化铵(1g NH₄OH/g颗粒)并将混合物于50℃搅拌2h。然后，使反应冷却<40℃并经由过滤分离颗粒。分离的颗粒采用以下次序洗涤(10ml/g)：2×甲醇/水(1:1v/v)，2×甲醇。最终，在25mm真空下，将分离的经表面改性颗粒在80℃下干燥16h。将以上过程重复第二次。

为了确保以上产生的杂化层的均匀度，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使改性颗粒暴露于升高的温度(100-155℃)和pH(8-9.8)。使连接如上所述100％BTEE PEOS芯涂布材料的过程对于2.7μm颗粒再重复一次，且对于1.6μm颗粒再重复两次。根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使表面改性的颗粒再暴露于升高的温度(100-155℃)和pH(8-9.8)。

然后，使杂化表面改性的表面多孔颗粒在IM HCl(8.4mL/g)中回流20小时。然后使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒用足量的水洗涤直至pH增大至>5。然后，将半中和的颗粒用丙酮(10ml/g)洗涤三次。将颗粒的尺寸设定成移除任何可能已存在的附聚物。颗粒表面然后与tC18键合。

实施例CC-16

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900-1300℃)10-24h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。然后，如下文所述对颗粒的表面进行改性。

表面多孔二氧化硅层可形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62}的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University ofArizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用相同尺寸纳米颗粒的8-20个层。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在空气中热处理(540℃)20小时移除高分子电解质。为了进一步强度这些材料，将第二热处理(900℃)采用20小时。再羟基化步骤然后使用Lawrence{US20130112605,US 20130206665}的实施例64中所述的方法实施。

使表面多孔颗粒完全分散于甲苯(21mL/g)中。然后进行共沸汽提(111℃，1h)，以从材料移除残余的水。这些初始无水条件很重要，原因是当在后续步骤中添加水时，其确保了含水量的准确度。将反应温度保持于40℃，同时添加100％BTEE PEOS(0.821g PEOS/g颗粒)并允许搅拌10分钟，然后添加酸或碱催化剂(0.03-0.1g酸或碱/g颗粒)形式的水。将反应在40℃下再搅拌10分钟，然后使温度增大至60℃保持2h。接着使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒随后用乙醇(10ml/g)洗涤两次，然后再分散于70/30(v/v)水/乙醇(10mL/g)中。添加氢氧化铵(1g NH₄OH/g颗粒)并将混合物于50℃搅拌2h。然后，使反应冷却<40℃并经由过滤分离颗粒。分离的颗粒采用以下次序洗涤(10ml/g)：2×甲醇/水(1:1v/v)，2×甲醇。最终，在25mm真空下，将分离的经表面改性颗粒在80℃下干燥16h。将以上过程重复2-60次。

为了确保以上产生的杂化层的均匀度，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使改性颗粒暴露于升高的温度(100-155℃)和pH(8-9.8)。使连接如上所述100％BTEE PEOS芯涂布材料的过程重复附加1-60次。根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使表面改性的颗粒再暴露于升高的温度(100-155℃)和pH(8-9.8)。

然后，使杂化表面改性的表面多孔颗粒在1M HCl(8.4mL/g)中回流20小时。然后使反应冷却至室温，并经由过滤分离颗粒。将颗粒用足量的水洗涤直至pH增大至>5。然后，将半中和的颗粒用丙酮(10ml/g)洗涤三次。随后，将颗粒的尺寸设定成移除任何可能存在的附聚物。

实施例CC-17

如实施例CC-16中所述的过程进一步扩展为：代替或除100％BTEE PEOS之外，包括单体和聚合物无机和/或有机材料，如专利[US 2014031905、20150133294、20150136700,20130319086、20130273404、20130112605、20130206665、2012055860、20110049056、20120141789、20140194283、20090209722、20100076103以及9,248,383、9,145,481、9,120,083、8,778,453、8,658,277、7,919,177、7,223,473、6,686,035]所述。

实施例CC-18

将得自实施例CC-15的经表面改性的表面多孔颗粒填充到HPLC柱(2.1×50mm)中并在高pH条件(10mM碳酸氢铵，pH 10.5，60℃)下使用如“样品测试1”所述的流动相梯度来测试稳定性。图20示出填充有使用如实施例CC-15所述的方法产生的1.6μm和2.7μm颗粒的柱以及用于比较的竞争柱的稳定性数据。如图所示，相比于竞争柱，实施例CC-15中的方法所产生的颗粒在测试条件下显著更稳定。虽然与2.7μm颗粒相比，芯涂布材料的覆盖率由于重复过程步骤而对于1.6μm颗粒尺寸稍微较大，但仍然在示为前延峰(图20B，c)和压力峰(图20B，d)的两种峰形中观察到颗粒尺寸对高pH稳定性的影响急剧增大。

实施例CC-19

尽管不受理论所限，不平的芯使围绕芯的表面积增大；这允许初始杂化层建立于其上的更多表面。更显著地，其改变芯的曲率。

未改性芯呈高度球形并具有极低表面积。当施加多孔层时，在芯表面和多孔层之间产生新的界面。如由BIB-SEM或FIB-SEM所成像，该界面的局部区域(例如该芯/多孔层界面的10-100nm区域)指示出可能均一或不均一跨越单一颗粒的剩余芯/多孔-层界面的三种可能的状态。这种所观察的均匀度或非均匀度也可在BIB-SEM或FIB-SEM分析中观察为遍及多个颗粒的均匀或异质。期望一个颗粒之内和多个颗粒的这种界面处具有均匀形态。该界面处形态较差的缺点可同时导致机械和化学不稳定性。

如由BIB-SEM或FIB-SEM分析所测，该芯/多孔-层界面的三种状态包括：(状态1)多孔层(如观察为纳米颗粒)与颗粒芯直接接触(图21a)；(状态2)多孔层(如观察为半球形纳米颗粒界面)与颗粒芯的熔凝、聚结、或烧结外观(图21b)；或(状态3)多孔层(如观察为间隙)与颗粒芯无接触点(图21c)。

当杂化芯涂布材料施加于这些不同的芯/多孔-层界面时，预期不同的结果。对于状态3的区域，芯和多孔层具有独立的表面。该区域的考虑因素为机械不稳定性、芯/多孔-层界面的潜在失效或层离、或化学不稳定性。多孔层在任意两个纳米颗粒之间具有类似的曲率态，并且该曲率显著高于未改性芯的曲率。对于状态1的区域，如果在芯和多孔-层之间存在较强附连，则这是非结论性的。因此，存在机械不稳定性、芯/多孔-层界面的潜在失效或层离、或化学不稳定性的问题。在芯和多孔层之间存在表面曲率不同的附加问题。多孔层在任意两个纳米颗粒之间具有类似的曲率态，并且该曲率显著高于未改性芯的曲率。位于芯/多孔-层界面的纳米颗粒产生独特的表面曲率，其高于多孔层中任意两个纳米颗粒之间的曲率经历。

状态2为优选的。可获得状态2的途径为：

(1)在如Lawrence{US 20130112605、US 20130206665}，Kirkland{US20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质/纳米颗粒成层过程期间，使用与后续层相同的溶胶尺寸附连初始溶胶(纳米颗粒)层，以确保多孔层与芯的粘附性改善。这可与后续水热处理和/或热处理(560-1300℃)结合进行；

(2)使用如(1)中所述的过程，对于初始多孔层，附连较大的溶胶(纳米颗粒)层，随后对于后续层，附连相同或较小的溶胶。希望对于该初始层考虑较大的溶胶，因为其将进一步降低状态2的表面曲率；

(3)在初始溶胶层如(1)和(2)所述附连之后并且/或者在最终高分子电解质/纳米颗粒成层过程完成之后，如所述的那样增大水热处理温度、pH、或这两者，增大热处理温度，或改变水热处理和热处理温度两者。

图21示出(a)状态1——多孔层与颗粒芯直接接触

(b)状态2——多孔层与颗粒芯的熔凝、聚结、或烧结的外观

(c)状态3——多孔层与颗粒芯无接触。

下文描述了用与初始层相同尺寸的溶胶制备表面多孔颗粒与强烈的水热处理相结合的实施例。

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900℃)10h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒的表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。然后，如下文所述对颗粒的表面进行改性。

使表面多孔二氧化硅层形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62)的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺制备。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。使用6nm溶胶形成初始2层，以建立不平的表面。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在空气中于560℃热处理(10-20小时)移除高分子电解质。然后，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}所述的水热处理过程，使不平颗粒暴露于升高的温度(100℃)和pH(8)。使用相同尺寸的溶胶(6nm)继续进行如上所述的逐层递进方法，直至共8层沉积到芯的表面上。使用如上所述的相同热处理来移除高分子电解质，然后在900℃下第二热处理10-20小时。使用Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}的实施例64中所述的方法实施再羟基化步骤。

然后，使用实施例CC-15、CC-16、或CC-17中采用的表面改性过程，采用杂化层对表面多孔颗粒的表面进行改性。

实施例CC-20

根据实施例CC-19的原理，下文描述了用与初始层不同尺寸的溶胶制备表面多孔颗粒与强烈的水热处理相结合的实施例。

使表面多孔二氧化硅层形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.InterfSci.,1968,26,62}的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺制备。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。使用12nm溶胶形成初始2层，以建立不平的表面。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在空气中于560℃热处理(10-20小时)移除高分子电解质。然后，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}所述的水热处理过程，使不平颗粒暴露于升高的温度(100℃)和pH(8)。使用如相比于初始层不同尺寸的溶胶(6nm)继续进行如上所述的逐层递进方法，直至共8层沉积到芯的表面上。使用如上所述的相同热处理来移除高分子电解质，然后在900℃下第二热处理10-20小时。使用Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}的实施例64中所述的方法实施再羟基化步骤。

实施例CC-21

如实施例CC-19或CC-20所述的过程进一步扩展为对于1-100nm范围内的不同层，包括相同和/或不同的溶胶尺寸，以建立1-40层范围内的初始溶胶层和1-40层的总溶胶层。

实施例CC-22

根据实施例CC-19的原理，使用较高温度的热处理制备表面多孔颗粒的实施例如下：

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900℃)10h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。然后，如下文所述对颗粒的表面进行改性。

表面多孔二氧化硅层可形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62}的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用相同尺寸纳米颗粒的8个层。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在空气中热处理(540℃)20小时移除高分子电解质。为了进一步强度这些材料，将第二热处理(1000℃vs.前述实施例中900℃)采用2.5小时。再羟基化步骤然后使用Lawrence{US 20130112605,US20130206665}的实施例64中所述的方法实施。

使表面多孔颗粒完全分散于甲苯(13mL/g)中。然后进行共沸汽提(111℃，1h)，以从材料移除残余的水。这些初始无水条件很重要，原因是当在后续步骤中添加水时，其确保了含水量的准确度。使反应温度降至<40℃，同时添加100％BTEE PEOS(0.821g PEOS/g颗粒)并允许搅拌10分钟，然后添加0.04g水/g颗粒。将反应在<40℃下再搅拌10分钟，然后使温度增大至80℃保持1h。接着，将反应加热至111℃，并且以半小时的间隔实施两次附加的共沸汽提以移除过量水，并记录所移除水的体积。将反应在110℃下保持20h。在保持20h之后，使反应冷却至室温并经由过滤分离颗粒。将颗粒随后用乙醇(10ml/g)洗涤两次，然后再分散于70/30(v/v)水/乙醇(10mL/g)中。添加氢氧化铵(1g NH₄OH/g颗粒)并将混合物于50℃搅拌4h。然后，使反应冷却<40℃并经由过滤分离颗粒。分离的颗粒采用以下次序洗涤(10ml/g)：2×甲醇/水(1:1v/v)，2×甲醇。最终，在25mm真空下，分离的表面改性颗粒于70℃干燥16h。将以上过程重复第二次。

为了确保以上产生的杂化层的均匀度，根据如Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}所述的水热处理过程，使改性颗粒再暴露于升高的温度(115℃)和pH(8)。

实施例CC-23

实施例22扩展为在包括900-1300℃范围内对表面多孔颗粒进行热温度处理，这些颗粒可然后遵循实施例CC-15、CC-16或CC-17所述的一般过程。

实施例CC-24

将原样或表面改性的无孔二氧化硅颗粒(如实施例CC-2-CC-9所述的那些)在空气中热处理(750-1300℃)10-24h。使用10％v/v硝酸将颗粒表面于100℃再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。然后，如下文所述对颗粒的表面进行改性。

使表面多孔二氧化硅层形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62)的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺制备。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用如实施例CC-15、CC-19、CC-20、或CC-21所述的过程，使用相同尺寸或不同尺寸纳米颗粒的1-40个层。

如Lawrence{US 20130112605,US 20130206665}中所详述，通过在大于500-600℃的温度下于空气中热处理(10-20小时)来移除高分子电解质。为了进一步强度这些材料，采用825-1000℃下的第二热处理10-20小时。使用Lawrence{US 20130112605,US20130206665}的实施例64中所述的方法实施再羟基化步骤。

然后，使用如实施例CC-15或CC-16所述的表面改性过程，采用芯涂布材料对表面多孔颗粒的表面进行改性。

实施例CC-25

将原样或表面改性的无孔二氧化硅颗粒(如实施例CC-2-CC-9所述的那些)在空气中热处理(750-1300℃)10-24h。使用10％v/v硝酸将颗粒表面于100℃再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。

在该过程中，表面多孔二氧化硅层形成在无孔芯材料上，其使用Lawrence{US20130112605、US 20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺。使用交替添加高分子电解质和相同尺寸或不同尺寸二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该实施例中，在产生最终表面多孔颗粒之前，使成层过程停止一次或多次。在该保持期间，使用类似于但不限于实施例CC-2的方法将芯涂布材料附连于中间颗粒的表面，以产生芯-涂布芯的不可渗透层和溶胶层。一旦芯涂布材料附连，就使成层过程继续直至实现期望厚度的多孔层(1-40个层)(图22)。

然后，可使用如实施例CC-15、CC-16或CC-17所述的表面改性过程对表面多孔颗粒进一步改性。

图22示出描述实施例CC-25中所述途径的示意图。

实施例CC-26

作为用于降低表面改性后的微孔性和/或获得pH稳定芯涂布材料的均一覆盖度的水热处理的可选方法，可使用在任意点结合或不结合如实施例CC-16或CC-17所详述的表面改性方法的以下方法：

将两克HPLC级二氧化硅吸附剂在160℃下于空气摩擦烘箱(air friction oven)中干燥2小时，然后在干燥氮气下冷却。将简单的瓶到瓶蒸气转移所需的真空玻璃器具部件以相同的方式干燥，趁热装配并在干燥氮气下冷却。将整个真空玻璃器具组件(瓶A中具有干燥二氧化硅且瓶B为空的)抽空至0.05mm Hg。将瓶A分离出并在静态0.05mm Hg真空下保持。瓶B与干燥氮气连通，灌输4.2克2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷(tetramethyldisilafuran)，并再抽空至0.1mm Hg。瓶A和B从真空泵送系统独立地分离。使2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷蒸汽引入瓶A中，然后允许瓶A与B平衡。在平衡2.5小时之后，瓶中的压力为8mm Hg。分离瓶A并在减压和室温下保持5天。然后使瓶A与干燥氮气连通，并在干燥氮气下油浴中加热至80℃。将经2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷蒸汽处理的二氧化硅转移至压滤器，用等分试样的甲苯和等分试样的丙酮洗涤两次，并在80℃下真空干燥过夜。将部分未处理的二氧化硅和经2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷蒸汽处理二氧化硅通过％C、氮气吸附和He pyncnometry分进行析。列表分析结果(表CC-3)与2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷蒸汽在基础二氧化硅微孔中的缩合和反应一致。

表CC-3

实施例CC-27

可使用如以下过程所制备的表面多孔颗粒，在结合或不结合如实施例CC-16或CC-17所详述的表面改性方法情况下，遵循实施例CC-25所述的方法。此处，如实施例CC-26所述的一般过程扩展为代替或除了2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷诸如1,1,3,3,5,5-六乙氧基-l,3,5-三硅环己烷之外，包括单体和聚合物无机和/或有机材料，并且/或者如专利[US2014031905、20150133294、20150136700、20130319086、20130273404、20130112605、20130206665、2012055860、20110049056、20120141789、20140194283、20090209722、20100076103以及9,248,383、9,145,481、9,120,083、8,778,453、8,658,277、7,919,177、7,223,473、6,686,035]所述。该过程可重复1-60次。

表面多孔二氧化硅层可形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62}的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346]，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺。在该过程中，使用得自实施例CC-1的受控制芯和交替添加的高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用相同尺寸纳米颗粒的8-12个层。

实施例CC-28

如下文所述对得自实施例CC-1的对照芯颗粒的表面进行改性。

表面多孔二氧化硅层可形成在无孔二氧化硅芯材料上，其通过{US 3,634,558；J.Coll.Interf.Sci.,1968,26,62}的一般方法，使用Lawrence{US 20130112605、US20130206665}，Kirkland{US 20070189944；20080277346}，Blue{J.Chromatogr.A,2011,1218(44),7989}和Brennan{J.Mater.Chem.,2012,22,13197}所述的高分子电解质成层工艺制备。在该过程中，使用交替添加高分子电解质和二氧化硅纳米颗粒(或二氧化硅溶胶){Muriithi,B.W.博士论文，University of Arizona,2009，第396页}，以逐层递进的方法形成多孔层。在该过程中，使用相同尺寸纳米颗粒的12个层。

出于如实施例CC-26中所述的相同原理，可使用在任意点结合或不结合如实施例CC-16或CC-17所详述的表面改性方法的以下方法：

将2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷与混合与表面多孔颗粒(7.7g/g颗粒)在圆底烧瓶中充分混合。对浆料抽真空(25mm Hg)三次，同时搅拌。排空烧瓶，在氮气气氛下缓慢加热至80℃，然后在该温度保持2.7h。在冷却<40℃后，将材料用甲苯洗涤两次，然后用丙酮(5mL/g)洗涤两次。将材料在25mm真空下于80℃干燥过夜。

实施例CC-29

在初始热处理和再羟基化之后，如实施例CC-28所述的方法进一步扩展为包括单体和聚合物无机和/或有机材料来代替2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氧环戊烷，诸如l,l,3,3,5,5-六乙氧基-l,3,5-三硅环己烷，并且/或者如专利[US 2014031905、20150133294、20150136700、20130319086、20130273404、20130112605、20130206665、2012055860、20110049056、20120141789、20140194283、20090209722、20100076103、以及9,248,383、9,145,481、9,120,083、8,778,453、8,658,277、7,919,177、7,223,473、6,686,035]中所述。该过程可重复1-60次。

实施例CC-30

将如所接受的无孔二氧化硅颗粒在空气中热处理(900℃)10h。在100℃下用10％v/v硝酸使颗粒的表面再羟基化16h，然后在25mm真空下80℃干燥。

将丁醇锆(80重量％溶于1-丁醇中)溶液添加(1g/g颗粒)至1:0.012重量/重量的丁醇：硬脂酸的预混溶液(6.5g/g颗粒)中。然后将溶液在200rpm下搅拌1h。向独立的烧杯中，将水(1.8g)和丁醇(70.4g)添加至13g以上NPS二氧化硅颗粒。颗粒经由超声处理充分分散。然后，将浆料添加至丁醇/硬脂酸/锆混合物中并以150rpm搅拌21min。接着，用丙酮(350g)猝灭混合物并允许沉淀。滗出上清液，并对淬灭过程进行重复。在第二滗析之后，使材料空气干燥(16h)，然后在空气中于120℃热处理3h，450℃热处理3h，随后750℃热处理5h。颗粒的尺寸然后被设定成从团聚体分离出单重态颗粒。所得的芯涂布材料通过FE-SEM平均化为45nm厚度，指示出芯涂布材料较厚的覆盖。

实施例CC-31

实施例CC-30的过程进一步扩展为包括氧化铝、二氧化钛、氧化铈或它们的混合物。

II.表面多孔颗粒实施例-

以下非限制性实施例描述了表面多孔色谱材料。这些实施例中的材料可以或不可具有施加的芯涂布的组合物。本领域的普通技术人员将能够使用制备本发明材料的本文和以上涂布材料实施例中所述的技术。

材料

表征

％C、％H、％N值通过燃烧分析(CE-440元素分析仪；Exeter Analytical Inc.,North Chelmsford,MA)来测量，或者％C通过库仑碳分析仪(模块CM5300,CM5014,UICInc.,Joliet,Il)来测量。这些材料的比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)用多点N2吸附方法(Micromeritics ASAP 2400；Micromeritics Instruments Inc.,Norcross,GA)进行测量。用BET方法计算SSA，SPV为对Ρ/Ρ0>0.98所测的单点值，并用BJH方法由吸附等温线log来计算APD。在1-7kV下进行扫描电镜(SEM)图像分析(JEOL JSM-5600仪器(Tokyo,Japan)或Hitachi SU8030仪器(Dallas,TX))。聚焦离子束扫描电镜(FEB/SEM)图像分析由Analytical Answers Inc.(Woburn,MA)在FEI型号200聚焦离子束仪器，以及Hitachi S4800Ultra-场发射SEM上进行。颗粒尺寸使用Beckman Coulter Multisizer 3分析仪(30μm孔，70,000计数；Miami,FL)或使用SEM手动测量。使用宽离子束铣削系统(Hitachi IM 4000plus)对颗粒进行横截面成像。颗粒尺寸(dp)测量为基于体积的颗粒尺寸分布的50％累加直径或基于数量的颗粒尺寸分布模式。分布宽度测量为90％累积体积直径除以10％累积体积直径(表示为90/10比率)。金属含量通过ICP-AE(Thermo FisherScientific iCAP 6500Duo)测量的。使用Malvern Mastersizer 2000在水中测定光散射颗粒尺寸测量。使用Malvern ZetaSizer NanoSeries(ZEN3600型号)进行纳米颗粒的颗粒尺寸测量和ζ电势测量。使用Bruker Instruments Avance-300光谱仪(7mm双宽带探针)获得多核(13C，29Si)CP-MAS NMR光谱。旋转速度通常为5.0-6.5kHz，循环延迟为5秒，并且交叉极化接触时间为6毫秒。使用外标金刚烷(13C CP-MAS NMR，δ38.55)和六甲基环三硅氧烷(29Si CP-MAS NMR，δ-9.62)，相对于四甲基硅烷记录报告的13C和29Si CP-MAS NMR光谱偏移。使用DMFit软件通过光谱解卷积评价不同硅环境的群体。[Massiot,D.；Fayon,F.；Capron,M.；King,I.；Le Calvé,S.；Alonso,B.；Durand,J.-O.；Bujoli,B.；Gan,Z.；Hoatson,G.Magn.Reson.Chem.2002,40,70-76]。分级技术描述于例如W.Gerhartz等人(编辑)Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，第B2卷：UnitOperations I,VCH VerlagsgesellschaftmbH,(Weinheim,Fed.Rep.Germ.1988)。磁性测量使用振动样品磁力仪(ADE/DMS型880)由ArKival Technology Corporation(Nashua,NH)进行。物相表征通过广角X-射线粉末衍射(XRPD)分析(H&M Analytical Services,Inc.Allentown,N.J.)，使用Bruker D4衍射仪(Cu辐射，40KV/30mA)进行。扫描在10°至90°2-θ角度范围上进行，并且步阶尺寸为0.02°且计数时间为每步715秒。

实施例1

根据所报道过程{Choi,J.Y.；Kim,C.H.；Kim,D.K.J.Am.Ceram.Soc.,1998,81,1184-1188.Seog,I.S；Kim,C.H.J.Mat.Sci.,1993,28,3277-3282}的改良，形成无孔杂化颗粒。向干净的40mL小瓶中添加搅拌棒、水(26mL)和14.8M NH₄OH(4.3mL)。然后，在添加一种或多种烷氧基硅烷，包括苯基三乙氧基硅烷(PTES，Gelest,Marrisville,PA)、1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷(BTEO，Gelest,Morrisville,PA)、1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTEE，Gelest,Morrisville,PA)、1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷(BMDEE，Gelest,Morrisville,PA)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES，Gelest,Morrisville,PA)、或巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS，Lancaster Chemical,Lancaster UK)(共3mL)之前，将该溶液在水浴中搅拌(600rpm)下加热至60℃。将反应密封并返回至60℃水浴2h。使反应在25℃下再继续维持24h。通过重复离心，由水(3×40mL)并继之以乙醇(3×40mL)分离颗粒。然后，使颗粒空气干燥12h并真空干燥(70℃，30mm Hg)24h。通过燃烧分析来测定碳含量。通过SEM测定平均颗粒尺寸。在使用已知具有增大的高pH稳定性的桥联杂化硅烷(BTEO、BTEE和BMDEE)，以及使用合成的相关基团时，这些实验不同于现有报道。例如，包含表面乙烯基基团的颗粒可通过以下转化(不局限于此)来进一步反应：氧化、聚合、基团加成或复分解。包含表面硫醇基团的颗粒可通过以下转化(不局限于此)来进一步反应：氧化、基团加成、或二硫键形成。包含表面苯基基团的颗粒可通过以下转化(不局限于此)来进一步反应：脱甲硅基化或芳族取代。如图1所示，这些无孔杂化材料为依赖合成条件可具有不同颗粒尺寸分布的高度球形颗粒。图1包含产物1h和1l的SEM图像。产物1h显然具有比产物1l更宽的颗粒尺寸分布。也可通过测定90/10比率对颗粒尺寸分布进行评估。该方法适于制备90/10比率<1.20以及90/10比率介于1.20-1.55之间的产物。颗粒尺寸分布差异影响填充床结构和色谱材料的填充床压力。

表1

实施例2

根据所报道过程{US专利4,983,369和4,911,903}的改良，形成无孔杂化颗粒。向干净的Nalgene瓶(125mL)中添加搅拌棒、水(14mL)、乙醇(80mL)和NH₄OH(7mL，14.8M)。在搅拌下(600rpm，4mL，25℃)，添加一种或多种烷氧基硅烷，包括四乙氧基硅烷(TEOS，Gelest,Morrisville,PA)、苯基三乙氧基硅烷(PTES，Gelest,Morrisville,PA)、或巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS，Lancaster Chemical,Lancaster UK)。将反应密封并监测混浊的出现。通过光学显微镜进一步在24h内监测球形颗粒的形成。使颗粒纯化并通过重复离心由乙醇(3×100mL)和水(3×100mL)分离。使颗粒空气干燥12h并然后真空干燥(70℃，30mm Hg)12h。通过燃烧分析来测定碳含量。通过SEM测定平均颗粒尺寸。

表2

产物	硅烷(体积/体积比率)	％C	颗粒尺寸(μm)	球形颗粒(Y/N)
					2a	TEOS	3.5	0.55	Y
2b	PTES/TEOS(1:1)	18.4	0.72	Y
					2c	MPTMS/TEOS(1:1)	22.4	0.81	Y

实施例3

将产物2c在700℃的空气含混(muffled)烘箱中热处理3h。所得的无孔二氧化硅产物(3a)不包含机质含量。

实施例4

使一种或多种有机烷氧基硅烷(全部得自Gelest Inc.,Morrisville,PA或UnitedChemical Technologies,INC.,Bristol,PA)与乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)和0.1N盐酸(Aldrich,Milwaukee,WI)在烧瓶中混合。将所得的溶液搅拌并在氩气或氮气气氛中回流16小时。通过在大气压下蒸馏从烧瓶除去醇。残余的醇和挥发性物类通过在氩气或氮气吹扫流中于95-120℃加热1-2小时除去。所得的聚有机烷氧基硅氧烷(POS)为澄清的粘性液体。用于制备产物POS的有机烷氧基硅烷的化学式列于表3。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表4。

表3

表4

实施例5

根据WO2008103423的改良方法，将X-100(5.6g,X100，Dow Chemical,Midland,MI)、去离子水和乙醇(52g,EtOH；无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的含水混合物在55℃下加热0.5h。在独立的烧瓶中，通过使得自实施例4的POS(58g)与甲苯(Tol；HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)混合0.5小时来制备油相溶液。在迅速搅拌下，将油相溶液添加到EtOH/水/X100混合物中，并使用转子/定子混合器(型号100L，Charles Ross&Son Co.,Hauppauge,NY)在水相中进行乳化。然后，将30％氢氧化铵(44mL，NH4OH；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)添加到乳液中。将悬浮于溶液中的胶凝产物转移到烧瓶中并在55℃下搅拌16h。使所形成的颗粒在0.5μm滤纸上分离，并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表5。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)列于表5。该方法制备的材料经由SEM所测呈高度球形(图2)，并且很少有乃至没有孔隙(SSA≤24m²/g，SPV≤0.1cm³/g)。相比于实施例1-3中制备的那些，该方法制备的材料较大并具有较宽的颗粒尺寸分布。改变剪切速率或添加带电荷的辅助表面活性剂可用于增大或减小平均颗粒尺寸。分级技术可用于分离期望尺寸范围(1-15μm)的各个产物级分。该方法适于制备90/10比率<1.20以及90/10比率介于1.20-1.55之间的产物。颗粒尺寸分布差异影响填充床结构和色谱材料的填充床压力。

表5

实施例6

通过将多孔二氧化硅和杂化无机/有机颗粒在1,000-1,200℃的空气含混烘箱中热处理20-40小时来制备无孔颗粒。多孔杂化颗粒的示例包括(但不限于)Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}中的实施例。所得的无孔二氧化硅产物不具有有机含量。这些材料保持着进料材料的一般形态和颗粒尺寸分布。平均颗粒尺寸在该过程中有所减小。颗粒尺寸减小程度取决于进料材料的组成、密度和孔隙度。任何凝聚的材料均通过研磨或分级来移除。该方法适于制备90/10比率<1.20以及90/10比率介于1.20-1.55之间的产物。颗粒尺寸分布差异影响填充床结构和色谱材料的填充床压力。

实施例7

根据Kievsky{IEEE Transactions on Nanotechnology,2005,4,5,490}的报道，通过使四乙氧基硅烷(TEOS，Gelest,Morrisville,PA)在氯化十六烷基三甲基铵(CTAC，Aldrich,Milwaukee,WI)存在下于水中进行盐酸催化的水解来制备棒形材料。将产物收集在过滤器上并用水和甲醇洗涤。使产物真空干燥(80℃，12h)并提交用于SEM表征。根据水(336mL)、盐酸(0.8-1.7mol)、CTAC(0.02-0.04mol)和TEOS(0.02mol)的浓度、初始搅拌、反应时间和温度(4-25℃)，产生多种不同的材料形态，包括直棒、弯棒、螺旋、以及球形颗粒。该方法适于制备具有各长度和厚度分布的产物。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。单独或与球形颗粒填料混合的棒长度和厚度差异为影响填充床结构和填充床压力的重要变量。

实施例8

实施例7所详述的实验被改变成用一种或多种以下项(但不限于此)来替换四乙氧基硅烷：苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；己基三乙氧基硅烷；己基三甲氧基硅烷；氯丙基三乙氧基硅烷；氯丙基三甲氧基硅烷；十八烷基三甲氧基硅烷；十八烷基三乙氧基硅烷；辛基三甲氧基硅烷；辛基三乙氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三甲氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷；乙酰氧基乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三甲氧基硅烷；氟三乙氧基硅烷；或氟三甲氧基硅烷，它们单独或与四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷混合。将产物在过滤器上收集并用水和甲醇洗涤。使产物真空干燥(80℃，12h)并提交用于SEM表征。通过优化试剂和温度条件，产生多种不同的材料形态，包括直棒、弯棒、螺旋、以及球形颗粒。通过提取来实现过量表面活性剂的移除。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。该方法适于制备具有各长度和厚度分布的产物。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。单独或与球形颗粒填料混合的棒长度和厚度差异为影响填充床结构和填充床压力的重要变量。

实施例8

实施例7所详述的实验被改变成用一种或多种以下项(但不限于此)来替换四乙氧基硅烷：苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；l,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；l,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；己基三乙氧基硅烷；己基三甲氧基硅烷；氯丙基三乙氧基硅烷；氯丙基三甲氧基硅烷；十八烷基三甲氧基硅烷；十八烷基三乙氧基硅烷；辛基三甲氧基硅烷；辛基三乙氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三甲氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷；乙酰氧基乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三甲氧基硅烷；氟三乙氧基硅烷；或氟三甲氧基硅烷，它们单独或与四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷混合。将产物收集在过滤器上并用水和甲醇洗涤。使产物真空干燥(80℃，12h)并提交用于SEM表征。通过优化试剂和温度条件，产生多种不同的材料形态，包括直棒、弯棒、螺旋、以及球形颗粒。通过提取来实现过量表面活性剂的移除。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。该方法适于制备具有各长度和厚度分布的产物。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。单独或与球形颗粒填料混合的棒长度和厚度差异为影响填充床结构和填充床压力的重要变量。

实施例9

实施例7和8所获产物的孔隙度通过在700-1,200℃的空气含混加热炉中热处理10-72小时来降低。通过分级来实现一定尺寸样品的分离和任何凝聚材料的移除。

实施例10

由实施例8和9选择的产物、或多孔二氧化硅(SSA介于5-1,000m²/g之间；SPV介于0.1-1.6cm³/g之间；以及APD介于之间)和杂化无机/有机颗粒(SSA介于5-1,000m²/g之间；SPV介于0.1-1.6cm³/g之间；以及APD介于之间)的孔部分或完全地填充有以下中一者或多者的混合物：聚合物、可聚合的单体、硅烷、聚有机硅氧烷、或金刚石、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、锆、钴、碳、硅、碳化硅、铈或它们的任何氧化物的纳米颗粒(5-200nm)。使用金刚石纳米颗粒允许改善这些材料的热导率。使用的铁磁和亚铁磁纳米颗粒包括(但不限于)：磁铁矿(磁性氧化铁)；磁赤铁矿；钇铁石榴石、钴、CrO₂；以及包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体。这些磁性材料允许这些材料的磁性捕获和处理。硅烷和聚有机硅烷的示例包括(但不限于)实施例4以及Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}中包括的那些。聚合物的示例包括乳胶、环氧化物、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、二乙烯基苯、多糖、树接枝物、高支化聚合物、以及Polymer Handbook{第4版，J.BrandrupE.H.Immergut；E.A.Grulke；编辑：Wiley:Hoboken,NJ,1999}中所包括的其它物质。这些多孔颗粒的填充可如下进行：在包括(但不限于)二氯甲烷、水、丙酮或乙醇的溶剂中形成添加剂的混合物，随后使用高效旋转蒸发仪(0-78℃，1-24h)缓慢蒸发，以得到自由流动的粉末。另选地，可使干粉与添加剂在0-100℃下于聚乙烯瓶中一起翻转1-24h，得到自由流动的粉末。用包括(但不限于)乙醇或甲醇的合适溶剂洗涤所产生的粉末。

当硅烷或聚有机硅氧烷用作添加剂时，可使用氢氧化铵以及包括(但不限于)乙醇、异丙醇、或甲醇在内的醇的水溶液进行水解缩合。在搅拌2-20小时之后，将产物收集在过滤器上并用水和甲醇或丙酮洗涤。使产物真空干燥(80℃，12h)并提交用于SEM表征。

当可聚合的单体用作添加剂时，使用适当的引发剂，包括(但不限于)自由基引发剂、开环聚合催化剂、复分解催化剂、以及活性聚合催化剂进行聚合。在搅拌2-20小时之后，将产物收集在过滤器上并用水和甲苯或丙酮洗涤。使产物真空干燥(80℃，12h)并提交用于SEM表征。

根据需要重复该过程，以进一步降低孔隙度并增大孔结构中添加剂的量。硅烷或聚有机硅氧烷添加剂与聚合物添加剂的间隔方案根据需要来实施，以进一步降低孔隙度并增大孔结构中添加剂的量和类型。可通过该方案制备添加剂的层状或重复结构。例如，包含金刚石和磁铁矿两者的复合材料将有利于热导率改善和磁性捕获处理。包含氧化铝或二氧化钛的材料适用于糖肽、磷酸肽和磷脂分离。包含二氧化铈的材料可适用于磷脂和磷脂酰胆碱分离。

该方法制备的材料为自由流动的并保持着多孔进料材料的一般形态和颗粒尺寸分布。该方法适于制备90/10比率<1.20以及90/10比率介于1.20-1.55之间的产物。SPV在该过程中有所减小。该过程的示例性产物为无孔。孔隙度减小程度取决于引入孔结构中添加剂的量。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例11

将实施例10的复合材料在700-1,200℃下热处理10-40小时，以进一步减小SPV。根据所采用添加剂的相容性，在空气中、惰性气氛下、或还原性气氛中执行该热处理。包含金刚石或磁铁矿的材料采用惰性或还原性气氛，用于防止氧化。

该方法制备的材料为自由流动的并保持着多孔进料材料的一般形态和颗粒尺寸分布。SPV在该过程中有所减小。该过程的示例性产物为无孔。孔隙度减小程度取决于进料材料的组成、密度和孔隙度。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例12

根据Zhang{Functional Materials Letters,2010,3,2,125.}的报道，通过三氯化铁的溶剂热反应来制备球状磁铁矿颗粒。在配备有可拆卸玻璃内衬和塔顶混合器的600mL不锈钢高压釜中，将无水氯化铁(III)(Fisher Scientific)、去离子水、乙二醇(Sigma-Aldrich，St.Louis,MO)、聚乙二醇(PEG 3400，Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)和尿素(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)的混合物在50℃下搅拌直至完全溶解。顶部空间在真空下抽空，并在加热(在采用或不采用搅拌下)至220℃之前密封压力反应器并在该温度下保持过夜。使反应器冷却至环境温度。将产物在磁力分离器中分离，并通过在去离子水中重复的再悬浮进行洗涤。具体反应数据提供于表6。三氯化铁向磁铁矿的转化率百分比通过在盐酸中消化并与硫氰酸钾复合而利用铁浓度分析来确定。磁性能通过VSM来测定。相确认通过XRD来测定。颗粒尺寸和标准偏差通过SEM测量各个颗粒(最少计数的颗粒>60)来测定。温度、溶剂、共溶剂、试剂浓度、以及搅拌速度的影响作为过程优化的一部分来研究。具体产物数据列于表6。如图3所示，该方法获得的产物为球状体。可在该图中观察到较低水平的凝聚材料，该凝聚材料可通过优化和控制反应条件得以减少。产物12j-121m示出增大搅拌速率对该反应的影响。随着搅拌速率增大，平均颗粒尺寸减小，并且颗粒尺寸标准偏差减小。产物12j的XRD分析指示出具有64.6nm平均畴尺寸的100％磁铁矿。

表6

实施例13

使得自实施例12的磁铁矿芯颗粒(0.1-0.5μm)与四乙氧基硅烷在氨乙醇水溶液中反应，其根据实施例2、美国专利4,983,369、美国专利4,911,903、Giesche{J.Eur.Ceram.Soc.,1994,14,189；J.Eur.Ceram.Soc.,1994,14,205}或Nozawa{Phys.Rev.E:Stat.,Nonlinear,Soft Matter Phys.,2005,72(1),011404}所述的一般过程。其产物为具有较厚二氧化硅壳材料的自由流动粉末。这些材料的最终颗粒尺寸通过反应条件改变而控制介于0.8-1.7μm之间。通过离心、磁性捕获或过滤来分离产物，并且用足量的水和甲醇洗涤。使产物在真空干燥(80℃，12h)之前空气干燥并提交用于SEM表征。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。该方法制备的产物很少有乃至没有孔隙。磁铁矿上的该二氧化硅层为有利的，因为其在色谱分离期间降低铁溶解并降低在分析物和磁铁矿表面之间不期望的次级相互作用。

实施例14

实施例13中所述的方法应用于其它材料，包括实施例1-3、5-11中所制备，以及金刚石、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、锆、钴、碳、硅、碳化硅、铈或它们的任何氧化物。这些材料的尺寸介于0.01-2.0μm之间。这些材料可作为分散颗粒或纳米颗粒的聚集体存在。在该过程中，二氧化硅层厚度通过反应条件变化来控制，并且可产生介于0.8-5μm之间的最终产物尺寸。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。该方法制备的产物自由流动，并且很少有乃至没有孔隙。当该方法适用于多种不同的进料形态时，在该过程中发生显著程度的圆化。该圆化随着二氧化硅层厚度而增大，并且可减少在这些材料上所观察的平坦表面或锋利边缘。这有利于用作液相色谱填料，因为锋利边缘可在色谱设备填充期间导致增大材料压裂和细粒产生。

实施例15

将实施例13中所述的过程应用于具有非球形形态的其它材料，包括(但不限于)螺旋、胶囊环、盘状、凹形盘、卷轴、环、螺旋形、鞍形、十字形、立方形、圆顶窄边(derby)、螺旋形、圆柱体和管。哑铃形、环形、棒形、螺旋和螺旋二十四面体形材料的示例已有所报道{Doshi,N.PNAS,2009,106,51,21495；Alexander,L.Chem.Commun.,2008,3507；Naik,S.J.Phys.Chem.C 2007,111,11168；Pang,X.Microporous and Mesoporous Materials2005,85,1；Kievsky,Y.IEEE Transactions on Nanotechnology,2005,4,5,490；Sugimoto,T.in MonodispersedParticles,(Elsevier Science BV,Amsterdam)2001；Ozin,G.Adv.Mater.,1997,9,662}。已对亚铁磁和铁磁性氧化铁环和胶囊的示例进行了报道{Wu,W.J.Phys.Chem.C 2010,114,16092；Jia,C.-J.J.Am.Chem.Soc.2008,130,16968}。这些进料材料的外径介于0.2-5μm之间。在该过程中，二氧化硅层厚度通过反应条件变化来控制，并且产生介于0.3-5.5μm之间的最终外部尺寸。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例16

实施例13-15所述的方法被改变成用以下中的一者或多者(但不限于此)来替代四乙氧基硅烷：苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；l,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；己基三乙氧基硅烷；己基三甲氧基硅烷；氯丙基三乙氧基硅烷；氯丙基三甲氧基硅烷；十八烷基三甲氧基硅烷；十八烷基三乙氧基硅烷；辛基三甲氧基硅烷；辛基三乙氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三甲氧基硅烷；3,3.3-三氟丙基三乙氧基硅烷；3-氰基丁基三乙氧基硅烷；以及3-氰基丁基三甲氧基硅烷，它们单独或与四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷混合。

在该过程中，二氧化硅壳厚度通过反应条件变化来控制，并且可产生介于0.8-1.7μm之间的最终产物尺寸。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。该方法制备的产物自由流动，并且很少有乃至没有孔隙。

实施例17

将在实施例13-16中的所选产物在700-1,200℃下热处理10-72小时，以进一步减小SPV。根据所采用的添加剂，在空气中、惰性气氛下、或还原性气氛中执行该热处理。当使用金刚石或磁铁矿的添加剂时，惰性或还原性气氛用于防止氧化。

该方法制备的材料为自由流动的并保持着多孔进料材料的一般形态和尺寸分布。SPV在该过程中有所减小。该过程的示例性产物为无孔。孔隙度减小程度取决于进料材料的组成、密度和孔隙度。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例18

将得自实施例11的产物12j(0.2g，496nm)用去离子水(500mL)洗涤两次，随后用0.7％聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP，MW＝360,000，400mL，Aldrich)水溶液洗涤两次。在磁力分离器对材料进行分离。然后，使用超声处理(10分钟)，随后温和搅拌16小时，使材料分散于0.7％PVP水溶液(400mL)中。随后使材料完全沉降并且体积减少28mL。接着使混合物转移到配备有顶部搅拌器和冷凝器的圆底烧瓶中。向该混合物中添加无水乙醇(200mL，JT Baker)和28％(w/v)氢氧化铵(28mL，Fisher Scientific)。将该混合物在环境温度下搅拌20分钟。

在单独的烧瓶中，将蒸馏的四乙氧基硅烷(0.388mL，TEOS，Gelest)的溶液用无水乙醇(4.00mL)稀释。然后，在继续搅拌下，将该溶液按20分钟间隔以四份相等的等分试样添加到颗粒混合物中。使反应随后再继续60分钟。将材料在磁力分离器中分离，并且用无水乙醇洗涤两次并用去离子水洗涤两次。

使该材料重悬于0.7％PVP(400mL)中，并重复上述生长过程直至实现最终颗粒尺寸。将产物(18a)在磁力分离器中分离，并且用无水乙醇洗涤两次并用去离子水洗涤五次。该产物样品被提交用于SEM分析。颗粒尺寸和标准偏差通过SEM测量各个颗粒(最少计数的颗粒≥60)来测定。最终产物指示1.198±0.119μm的最终颗粒尺寸。

实施例19

实施例1中所用的烷氧基硅烷被改变成包括取代的苯，包括(但不限于)1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。桥联亚芳基材料已示出相对于常规的杂化无机/有机材料具有改善的热稳定性[Shea,K.J.Non-Cryst.Solids,1993,160,234}。该方法制备的颗粒呈球形并且为自由流动的。

实施例20

实施例2中所用的烷氧基硅烷被改变成包括取代的苯，包括(但不限于)1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。该方法制备的材料为自由流动的，并且相对于常规的杂化无机/有机材料具有改善的热稳定性。

实施例21

使表面多孔二氧化硅层形成于选自实施例1、2、19和20的杂化芯材料上，其使用Kirkland{US 20070189944；20080277346}所述的改良方法。在该方法中，将0.8-1.7μm杂化芯材料用包括(但不限于)以下的一种或多种高分子电解质的0.1-0.5重量％溶液进行处理：溶于水的聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙烯亚胺、以及聚(烯丙胺盐酸盐)。这些高分子电解质的分子量可在介于2,000和500,000Da之间变化。使用重复离心，采用水洗涤这些材料，然后使它们再分散于水中。然后，在搅拌下添加二氧化硅溶胶(8-85nm)的2-10重量％溶液。使用重复离心，采用水洗涤这些材料。这种高分子电解质处理，继之以洗涤、二氧化硅溶胶处理、以及洗涤的过程可被重复，直至实现最终颗粒尺寸。在环境温度至升高的温度下，在真空炉或冻干机中实施产物的最终干燥。

以该方式制备的产物在芯材料上具有二氧化硅溶胶和高分子电解质两者。为了移除高分子电解质，采用大于500℃的温度的热处理(10-20小时)。为了进一步强度这些材料，采用825-1300℃下的第二热处理10-20小时。根据所采用的添加剂，在空气中、惰性气氛下、或还原性气氛中执行这些热处理。当使用金刚石或磁铁矿的添加剂时，惰性或还原性气氛用于防止氧化。

当该过程制备的材料为具有粗糙表面特征的自由流动的球形表面多孔材料时，热处理步骤从这些材料移除所有碳含量。该方法并未实现色谱应用中杂化芯化学稳定性的期望改善。该方法实现了市售二氧化硅表面多孔材料的类似性能。

实施例22

实施例21的高分子电解质被改变成包括使用可化学降解聚合物，包括(但不限于)聚乙二醇、聚丙二醇、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(丙烯酸)、以及包含伯、仲或叔氨基侧基的聚乳酸基聚合物。例如，聚乙二醇(PEG)基聚醚胺描述于US 7,101,52中，并且另一些作为Jeffamine聚醚胺(Huntsman Corporation)商购获得。

以该方式制备的产物在芯材料上具有二氧化硅溶胶和聚合物两者。为了移除聚合物，采用不需要500℃或500℃以上的热处理的不同方法。可使用β-射线辐射使聚甲基丙烯酸甲酯网络分解。可在介于180-200℃之间分解具有可热裂解叔酯键的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物主链{Ogino,K.Chem.Mater,1998,10,3833}。可通过氧化降解{Andreozzi,R.Water Research,1996,30,12,2955；Suzuki,J.J.Applied Polymer Science,1976,20,1,93}以及使用硝酸和过氧化氢进行微波辅助模板去除{Tian,B.Chem.Commun.,2002,1186}来移除聚乙二醇基团。其它可降解的聚合物主链的列表和降解机制报道于Degradable Polymers:Principles and Applications{编辑G.Scott和D.Gilead,D.,Chapman&Hall(Kluwer)1995}。

该过程制备的材料为具有粗糙表面特征的自由流动的球形表面多孔颗粒。该方法实现了色谱应用中杂化芯化学稳定性的期望改善。该方法实现了这些表面多孔颗粒相对于市售二氧化硅表面多孔颗粒在化学稳定性上的改善。

在聚合物降解之后，保留在这些表面多孔材料之内的包含伯、仲或叔氨基的聚合物显著减少。可执行进一步处理步骤来进一步降低和移除该聚合物含量。可通过分级移除任何凝聚材料或细小材料。

这些颗粒仍然包含芯杂化颗粒的碳含量。为了改善孔径并进一步强化这些表面多孔材料，采用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的水热处理方法。另选地，Wyndham{WO 2010/141426}所述的周围材料方法可用于强化这些表面多孔材料。周围材料的添加使这些材料的孔隙度减小。当杂化无机/有机周围材料用于二氧化硅-溶胶表面多孔层时，周围材料方法为特别重要的。此类材料具有相对于市售二氧化硅表面多孔颗粒改善的化学稳定性。当周围材料包含纳米颗粒，包括(但不限于)纳米金刚石——如Wyndham{WO 2010/141426}的实施例12和13所述——-可以实现热导率的改善。

实施例23

实施例21的芯材料被改变成包括得自实施例5-18的前体或产物材料。其中包括球形、不规则、棒形和环形材料。其中包括0.5-1.5μm的芯即金刚石、磁铁矿、带涂层的金刚石、或带涂层的磁铁矿。

实施例24

实施例22的芯材料被改变成包括得自实施例5-18的前体或产物材料。其中包括球形、不规则、棒形和环形材料。其中包括0.5-1.9μm的芯即金刚石、磁铁矿、带涂层的金刚石、或带涂层的磁铁矿。

实施例25

实施例21-24所用的二氧化硅溶胶被改变成包括使用杂化溶胶。在存在或不存在四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷时，通过使杂化无机/有机烷氧基硅烷缩合来制备杂化溶胶。可通过该方法，在该方法中实现类似的溶胶尺寸(8-85nm)。另选地，杂化层可通过表面改性预形成的二氧化硅溶胶(8-85nm)而形成。杂化芯材料和如实施例22所述的包含伯、仲、或叔氨基侧基的可化学降解聚合物的使用允许形成杂化表面多孔材料。另选地，使用0.8-1.9μm无孔二氧化硅芯。这些材料包含芯和多孔层的碳含量。为了改善孔径并进一步强化这些表面多孔材料，采用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的水热处理方法。另选地，Wyndham{WO 2010/141426}所述的周围材料方法可用于强化这些表面多孔材料。该方法中不使用高温热处理(>600℃)。

实施例26

实施例21-25的方法被改变成用类似尺寸的溶胶，包括(但不限于)以及金刚石、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、锆、钴、碳、硅、碳化硅、铈或它们的任何氧化物来替代使用的所有溶胶的一部分。

实施例27

实施例21-26的方法被改变成包括在表面多孔层之内引入一种或多种纳米颗粒，包括(但不限于)实施例10所列的纳米颗粒。

实施例28

将先前已在600℃下热处理(10h)并用10％硝酸(Fisher scientific)再羟基化的无孔二氧化硅颗粒(1.26μm，10.4g)经超声处理10分钟而分散到80mL溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(0.43g，C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)溶解于80mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。然后，将C18TAB溶液添加到颗粒溶液中并超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将pluronic P123(8.44g，Sigma-Aldrich)溶解于240mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B(240mL)添加到溶液A(160mL)中并超声波处理20分钟。然后，将混合物转移到1L圆底烧瓶中并在600rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，12mL，J.T.Baker)添加到烧瓶中并允许继续搅拌5分钟。然后，在一分钟内添加1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(2.3mL，BTEE，Gelest)。在搅拌下允许反应继续一小时。所用最终浓度的试剂为C₁₈TAB(2.6-10.5mM)、Pluronic P123(3.5-13.8mM)、以及BTEE(0.015-0.030M)。

在洗涤步骤期间，将样品用去离子水稀释为四倍样品体积，然后进行离心(FormaScientific型号5681，2,500rpm，6min)。使用超声处理再分散颗粒，将洗涤次序重复两次。

使生长过程重复三次，以在无孔二氧化硅芯上得到四个杂化层。就各个层而言，在每个层生长之后将溶液A(5-7体积％)、溶液B(6体积％)和氢氧化铵(3-10体积％)的体积增大成用于补偿固体体积的增大，同时维持试剂恒定的浓度。所用的C₁₈TAB、BTEE和乙醇/水的量示于表7。通过离心分离产物并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，将颗粒空气干燥，并在真空下于80℃真空干燥16小时。产物被提交用于SEM分析。

该过程中的反应使用<3mM C₁₈TAB，在该方法中观察到极少的杂化层生长。相比之下，观察到增大的聚集和升高量的细小颗粒(<1μm)。

表7

实施例29

将先前已在600℃下热处理(10h)并用10％硝酸(Fisher scientific)再羟基化的无孔二氧化硅颗粒(10.4g，1.26μm)经超声处理10分钟而分散到100mL溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(2.46g，C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)溶解于100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。然后，将C₁₈TAB溶液添加到颗粒溶液中并超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将Pluronic P123(39.0g，Sigma-Aldrich)溶解于400mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B(400mL)添加到溶液A(200mL)中并允许继续超声波处理20分钟。然后，将混合物转移到1L圆底烧瓶中并在750rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，24mL，J.T.Baker)添加到烧瓶中并允许继续搅拌5分钟。将1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(6mL，BTEE，Gelest)首先用无水乙醇(稀释因子＝3)稀释，然后利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以恒定流速(50μL/min)添加至烧瓶。允许反应继续搅拌，直至添加所有BTEE，在洗涤之前允许搅拌额外一小时。所用的最终浓度试剂为C₁₈TAB(2.6-17.27mM)、Pluronic P123(3.5-22.16mM)、以及BTEE(0.020-0.030M)。

洗涤步骤如实施例28所详述的那样实施。生长过程进行一次，以在无孔二氧化硅芯上生长出杂化层。反应细节包括于表8中。通过离心分离产物并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，将颗粒空气干燥并在真空下于80℃保持16小时。产物被提交用于SEM分析。颗粒尺寸通过SEM测量各个颗粒来测定。如表8所示，通过该方法，C₁₈TAB浓度的增大(2.6-13.6mM)导致壳厚度增大(0.04-0.16μm)。类似于实施例28，使用少于3mM C₁₈TAB的反应具有增大的聚集，并且观察到升高量的细小颗粒(<1μm)。介于8-17mM之间的C₁₈TAB浓度有利地用于导致良好形成的产物。

表8

实施例30

使用对产物29b的改良方法，使初始杂化生长层形成在再羟基化无孔二氧化硅颗粒(0.8-1.7μm，10.4g)上。这些芯颗粒可具有<1.20的90/10比率或介于1.2-1.55之间的90/10比率。在该反应中，将1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(6mL，BTEE，Gelest)首先用无水乙醇(稀释因子＝3)稀释，并利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以5-100μL/min添加至烧瓶。在该生长过程中监测颗粒尺寸。允许反应继续搅拌，直至达到目标颗粒尺寸或添加完所有BTEE。允许混合物搅拌额外一小时，然后进行洗涤步骤(如实施例28所详述的那样实施)。

对于需要一个或多个附加杂化生长层的产物，重复该过程。使C18TAB、PluronicP123、乙醇和氢氧化铵增加成用于维持较低固体浓度。使C18-TAB浓度维持介于8-11mM之间，并使C18-TAB/Pluronic P123的摩尔比维持于1.3:1。优化实验示出，较低比率的这两种表面活性剂导致聚集增加。将BTEE用无水乙醇(稀释因子≥3)稀释并以5-100μL/min的流速添加至反应。在该生长过程期间监测这些材料的颗粒尺寸。允许反应继续搅拌，直至达到目标颗粒尺寸或添加所有BTEE。允许混合物搅拌额外一小时，然后进行洗涤步骤(如实施例28所详述的那样实施)。

通过离心分离产物并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，将产物空气干燥并在真空下于80℃保持16小时。产物被提交用于SEM和FIB/SEM分析。颗粒尺寸通过SEM测量各个颗粒来测定。如表9所列，最终产物具有1.2-2.7μm的平均颗粒尺寸，以及从0.03-0.60μm变化的壳厚度。该方法制备的产物为自由流动的球形，并且具有平滑表面。产物30a、30b和30g被制备为一个层。产物30c-f、30-h-l被制备为两个至四个生长层。产物30m-p被制备为5-15个层。该方法允许制备具有不同物理特性的表面多孔材料。例如，产物30d和30g(1.30μm)；产物30e和30h(1.50μm)；产物30f、30i和30k(1.70μm)；以及产物30m和30n(2.30μm)具有类似的最终颗粒尺寸，但壳厚度以及壳厚度与芯半径的比率有所不同。通过该方法，壳厚度与芯半径的比率可在较大范围内变化(0.04-0.71)。

表9

实施例31

实施例30的方法被改变成具有使用再羟基化无孔二氧化硅颗粒(0.8-2.5μm)以单一继续生长层形成的表面多孔层。这些芯颗粒可具有<1.20的90/10比率或介于1.2-1.55之间的90/10比率。在该反应中，将经无水乙醇(稀释因子＝3)稀释过的1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTEE，Gelest)利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以5-100pL/min添加。使用独立的蠕动泵以恒定速率添加包含十八烷基三甲基溴化铵(C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)、水、乙醇、Pluronic P123(Sigma-Aldrich)和氢氧化物溶液(30％，24mL，J.T.Baker)的第二溶液，从而使C₁₈TAB、水、乙醇、Pluronic P123、氢氧化铵的浓度维持在介于维持均一比率的颗粒表面积(m²)与反应体积所需的速率至维持均一比率的颗粒体积(m³)与反应体积所需的速率之间的范围内。在该生长过程期间监测这些材料的颗粒尺寸。允许反应继续搅拌，直至达到目标颗粒尺寸或添加完所有BTEE。允许混合物搅拌额外一小时，然后进行洗涤步骤(如实施例28所详述的那样实施)。

最终产物具有1.0-2.9μm的平均颗粒尺寸，以及从0.03-0.60μm变化的壳厚度。产物被提交用于SEM和FIB/SEM分析。颗粒尺寸通过SEM测量各个颗粒来测定。该方法制备的产物为自由流动的球形，并且具有平滑表面。FIB/SEM的颗粒分析示出了单步骤处理迹象，不具有可观察的中间层对比度。

实施例32

在该过程中使用先前已在600℃下热处理(10h)并用10％硝酸(Fisherscientific)再羟基化的1.26μm无孔二氧化硅颗粒(10.4g)。

二氧化硅层通过以下过程形成。颗粒经超声处理10分钟而分散于80mL溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(0.46g，C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)溶解于80mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。将C₁₈TAB溶液添加到颗粒溶液中并将混合物超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将Pluronic P123(8.44g，Sigma-Aldrich)溶解于240mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B(240mL)添加到溶液A(160mL)中并超声波处理20分钟。然后，将混合物转移到1L圆底烧瓶中并在750rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，12mL，J.T.Baker)添加到烧瓶中并允许继续搅拌5分钟。将四乙氧基硅烷(4.6mL，TEOS，Sigma-Aldrich)分两步添加。添加前份2.3mL的TEOS并使反应继续30分钟，然后添加另一份2.3mL的TEOS并允许反应继续一小时。洗涤步骤如实施例28所详述的那样实施。

使用以下过程在这些颗粒上形成杂化层。使颗粒经超声处理再分散于100mL溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(3.0g，C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)溶解于100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。然后，将C₁₈TAB溶液添加到颗粒溶液中并超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将Pluronic P123(58g，Sigma-Aldrich)溶解于400mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B(400mL)添加到溶液A(200mL)中并允许继续超声波处理20分钟。然后，将混合物转移到IL圆底烧瓶中并在750rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，24mL，J.T.Baker)添加到烧瓶中并搅拌5分钟。在该生长步骤中，将1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(6mL，BTEE，Gelest)首先用无水乙醇(稀释因子＝3)稀释，并利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以50μL/min添加至烧瓶。一旦添加完所有BTEE，就允许继续一小时。将产物如实施例28所详述的那样分离和洗涤。

随后使用上述二氧化硅层方法，使二氧化硅层生长在杂化层上，但溶液体积增大成用于补偿固体体积的增大，同时维持恒定的试剂浓度。使用上述杂化层方法，使杂化层形成在该二氧化硅层上，但溶液体积增大成用于补偿固体体积的增大，同时维持恒定的试剂浓度。

反应细节包括于表10中。通过离心分离产物并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，将颗粒空气干燥并在真空下于80℃保持16小时。产物被提交用于SEM分析。颗粒尺寸通过SEM测量各个颗粒来测定。可接受的杂化层生长(32L2和32L4)所需的C₁₈TAB和Pluronic P123量的增大在该数据中为显而易见的。当C₁₈TAB浓度<5mM时，几乎观察不到乃至观察不到杂化层生长。

单独地重复该过程以制备两种附加产物。第一种(产物32a)具有二氧化硅，继之以杂化层。第二种(产物32b)具有二氧化硅，继之以两个连续的杂化层，导致外部表面附近的杂化物含量增大。

表10

实施例33

实施例28-32的方法被改变成在第一层使用四乙氧基硅烷，然后在后续层使用1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷或四乙氧基硅烷与1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷的混合物。该溶液在0-99体积％四乙氧基硅烷之间变化。重复该次序(2-15次)，以产生不同的二氧化硅和杂化层。通过改变反应条件，二氧化硅多孔层和杂化多孔层的厚度可在介于10-1000nm之间变化。该1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷与四乙氧基硅烷混合物的组成对于各个层可以为变化的，从而在外部多孔表面产生富集的杂化物含量。另选地，该1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷与四乙氧基硅烷混合物的组成对于各个层可以为变化的，从而在外部多孔表面产生富集的二氧化硅含量。对于实施例29-31的一般过程，混合的四乙氧基硅烷与1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷溶液的组成可通过在这些反应过程中改变进料烷氧基硅烷溶液而变化。

实施例34

实施例28-32的方法被改变成在第一层使用1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷，然后在后续层使用1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷或四乙氧基硅烷与1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷的混合物。该溶液在介于1-100体积％四乙氧基硅烷之间变化。重复该次序(2-15次)，以产生不同的杂化和二氧化硅层。通过变化反应条件，杂化多孔层的厚度可在介于10-1000nm之间变化。该1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷与四乙氧基硅烷混合物的组成对于各个层可以为变化的，从而在外部多孔表面产生富集的杂化物含量。另选地，该1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷与四乙氧基硅烷混合物的组成对于各个层可以为变化的，从而在外部多孔表面产生富集的二氧化硅含量。对于实施例29-31的一般过程，混合的四乙氧基硅烷与1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷溶液的组成可通过在这些反应过程中改变进料烷氧基硅烷溶液而变化。

实施例35

实施例28-34的芯材料被改变成包括得自实施例1-3、或5-20的前体或产物材料。其中包括球形、不规则、棒形和环形材料。其中包括0.5-1.9μm的芯即杂化物、金刚石、磁铁矿、带涂层的金刚石、或带涂层的磁铁矿。

实施例36

实施例28-35的方法被改变成用一种或多种以下硅烷(但不限于此)取代使用的所有烷氧基硅烷的一部分：实施例16和19、Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}、Wyndham{WO 2008/103423}所列，或实施例4中使用的POS。

实施例37

实施例28-36的方法被改变成用一种或多种以下金属氧化物前体(但不限于此)取代使用的所有烷氧基硅烷的一部分：钛、锆、铁、铜、铌、钴、铈或铝的氧化物、氢氧化物、乙醇盐、甲醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、仲丁醇盐、叔丁醇盐、异丁醇盐、酚盐、乙基己醇盐、2-甲基-2-丁醇盐、壬醇盐、异辛醇盐、羟乙酸盐、羧酸盐、硝酸盐、氯化物、以及它们的混合物。有利的是，金属氧化物前体为三异丙醇甲基钛、三苯酚甲基钛、烯丙基乙酰乙酸三异丙醇钛、甲基丙烯酸三异丙醇钛、甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三异丙醇钛、五甲基环戊二烯基三甲氧基钛、五甲基环戊二烯基三氯化钛、以及甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三正丙醇锆。

实施例38

实施例28-37的方法被改变成包括在表面多孔层之内引入一种或多种纳米颗粒，包括(但不限于)实施例10所列的纳米颗粒。

实施例39

实施例28-38的方法被改变成增加部分或全部离子或非离子表面活性剂，或者用实施例21或22所详述的一种或多种高分子电解质或聚合物对其进行取代。

实施例40

在升高的温度(30-90℃)下，通过用1-2M盐酸的甲醇、乙醇或丙酮溶液提取1-20小时来移除选自实施例28-39的产物中所用的表面活性剂和/或聚合物。使产物在0.5μm滤纸上分离，并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。该过程可重复1-3次，以进一步从这些颗粒移除表面活性剂和/或聚合物。将产物在80℃下真空干燥16小时，并且提交用于碳、CP-MAS NMR、SEM和氮吸附分析。对于在壳或多孔层中包含杂化物含量的产物，碳含量存在于产物中。杂化产物物类的鉴定使用13C和29Si CP-MAS NMR光谱学来进行。这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于这些反应中所用的芯材料有所增大。该方法制备的产物为自由流动的。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例41

在低温至中温(0-30℃)下，通过在水中臭氧分解1-20小时来移除选自实施例28-40的产物中所用的表面活性剂和/或聚合物。使产物在0.5μm滤纸上分离，并相继用足量的水和甲醇(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。该过程可重复1-3次，以进一步从这些颗粒移除表面活性剂和/或聚合物。该过程可与实施例40所详述的酸提取方法结合。将产物在80℃下真空干燥16小时，并且提交用于碳、CP-MAS NMR、SEM和氮吸附分析。对于在壳或多孔层中包含杂化物含量的产物，碳含量存在于产物中。鉴定杂化产物物类使用¹³C和²⁹Si CP-MAS NMR光谱学来进行。这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于这些反应中所用的芯材料有所增大。该方法制备的产物为自由流动的。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例42

通过采用500℃(10-20小时)来移除选自实施例28-41的产物中所用的表面活性剂和/或聚合物。为了进一步强化这些表面多孔材料，采用在空气中825-1,000℃增加的热处理10-20小时。该方法制备的产物为自由流动的。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于这些反应中所用的芯材料有所增大的。当该过程制备的材料为自由流动的表面多孔颗粒时，热处理步骤移除了这些材料中的所有碳含量。该方法并未实现色谱应用中杂化表面多孔材料的化学稳定性的期望改善。

实施例43

当实施例28-41的表面多孔材料包含亚芳基桥联的杂化物时，在空气中或氮气气氛下经390-490℃(10-20小时)移除选自实施例28-41的产物中所用的表面活性剂和/或聚合物。产物提交用于碳、CP-MAS NMR、SEM和氮吸附分析。对于在壳或多孔层中包含杂化物含量的产物，碳含量存在于产物中。杂化产物物类的鉴定使用¹³C和²⁹Si CP-MAS NMR光谱学来进行。这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于这些反应中所用的芯材料有所增大的。该方法制备的产物为自由流动的。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

实施例44

为了改善孔径并进一步地强化选自实施例28-43的材料，采用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}或Wyndham{WO 2008/103423}的水热处理方法。另选地，当使用具有表面活性剂或聚合物添加剂的得自实施例28-39的材料时，使用水热处理来改善孔径。另选地，Wyndham{WO 2010/141426}所述的周围材料方法可用于强化这些表面多孔材料。当杂化无机/有机周围材料用于二氧化硅表面多孔层时，周围材料方法为特别重要的。在这种情况下，杂化无机/有机周围材料降低孔隙度。此类材料具有相对于市售二氧化硅表面多孔颗粒改善的化学稳定性。当周围材料包含纳米颗粒，包括(但不限于)纳米金刚石——如Wyndham{WO 2010/141426}的实施例12和13所述——-可以实现热导率的改善。在移除表面活性剂或聚合物之后，产物具有介于和之间的孔径。

实施例45

根据多步法制备一系列表面多孔材料：(1)使用四乙氧基硅烷(TEOS)进行晶种制备；(2)使用TEOS进行芯生长；(3)使用TEOS与十八烷基三甲氧基硅烷(C₁₈TMOS)的混合物进行杂化层生长；(4)分级以移除细粒；(5)煅烧以引入孔隙度；(6)孔处理步骤；(7)再煅烧以改善机械强度；(8)再羟基化；以及(9)表面粘合。

通过改良的方法制备晶种。根据TEOS的浓度、水解溶液的组成、温度、以及混合，制备均一尺寸的二氧化硅(0.1-2.0μm)。在当前研究中，TEOS添加速率固定于0.044g/mL，并且水解溶液由乙醇、水和30％氢氧化铵溶液以80/14/7的相应体积比组成。晶种形成期间增大的混合水平导致更高含量的聚集体。最佳混合条件被确定为初始剧烈摇动15秒，然后维持反应不搅拌。该方法导致少于5重量％的聚集体。

同时添加TEOS和水解溶液(乙醇、水和氢氧化铵)，使芯进一步生长。添加附加的水解溶液，以防止再引晶和聚集/附聚事件。通过探究三元相图来最优化溶剂条件，以确保TEOS在含水乙醇混合物中可混溶。TEOS和水解溶液的典型添加速率分别设定为0.125mL/min和1mL/min，并且反应温度为50℃。芯尺寸使用光散射、库尔特计数器、或SEM加以证实。

在实现期望的芯尺寸时，TEOS储层转变为C₁₈TMOS和TEOS的混合物以使杂化层生长于芯颗粒上。C₁₈TMOS/TEOS的摩尔比从1/4到1/9变化。有利的摩尔比为1/4至1/6。由于C₁₈TMOS和TEOS的不同溶解度，将硅烷和水解溶液的相对添加速率调节成确保可混溶性。条件基于C₁₈TMOS/TEOS混合物、水和乙醇的三元相图。该过程通过光散射、库尔特计数器和SEM来监测。表11详述了以乙醇/水/30％氢氧化铵(80/14/7v/v/v)实施的实验。表12详述了采用不同水解溶液的实验。

表11

表12

根据需要进行分级，以移除细粒、聚集体和/或附聚物。各种分级技术(例如沉淀、淘洗和离心)可用于该分离。

使材料在空气中于500℃(1℃/min并保持于该温度12小时)煅烧，以移除有机基团并引入孔隙。用1/9摩尔比的C₁₈TMOS/TEOS制备的产物具有介于298-337m²/g之间的SSA；介于0.20-0.23cm³/g之间的SPV；以及介于之间的APD。用1/4摩尔比的C₁₈TMOS/TEOS制备的产物具有介于505-508m²/g之间的SSA；介于0.38-0.41cm³/g之间的SPV；以及介于之间的APD。这些APD太小以致不能用于大部分HPLC和UPLC应用。

为了扩大孔径，探究多种孔处理步骤(表13所详述)。当温度介于150-200℃之间时，方法B允许孔径最大增大在介于60-100℃之间的温度下，实现较小孔径变化方法A允许孔径显著较小增大(100-150℃)。方法C允许实现孔体积(SPV)增大(约0.1cm³/g)，同时APD较小增大在方法C进一步增大孔径之后，另外使用方法A或B。方法C的结果非常依赖于二氟化铵的批次、纯度和浓度以及反应时间。还发现该孔隙度增大以机械强度为代价。另选地，通过在步骤3中改变摩尔比来实现孔隙度增大。C₁₈TMOS/TEOS的有利摩尔比为1/4。使用在pH 8下碱性水热处理(例如方法B)来实现最佳孔处理。表14提供了关于所选原型的细节。可实施采用其它孔改性方法的可选改性[US 7,223,473；EP2181069；WO2006106493；US公布20080269368；Chem.Commun.,2007,1172；Chem Commun,2007,111(3),1093；SolidState Science,2003,5,1303；Coll.Surf.A,2003,229,1]。

表13

表14

为了增大这些材料的机械强度以用于HPLC和UPLC，在800℃下实施第二煅烧步骤(1℃/min，然后在该温度保持12小时)。为了制备这些用于表面改性的材料，在稀释的氢氟酸中进行再羟基化反应。使用库尔特计数器或光散射来测量颗粒尺寸和多分散度。如图7所示，颗粒形态通过SEM证实为呈球形并且自由流动。涂层厚度和均匀度的评估使用FIB/SEM来确定。

采用十八烷基三氯硅烷(ODTCS)或十八烷基二甲基氯硅烷(ODDMCS)，使用标准方法在这些材料上进行表面粘合。使用标准方案，采用单官能氯硅烷对材料进一步封端。原型数据提供于表15中。表面覆盖率通过表面改性之前和之后％C数据的差异来确定。将产物进一步填充到色谱柱中并评价性能(例如范第姆特分析)。

表15

实施例46

实施例45(步骤1-4)被改变成包括得自实施例1-3、或5-20的前体或产物材料。其中包括球形、不规则、棒形和环形材料。其中包括0.5-1.9μm的芯即杂化物、金刚石、磁铁矿、带涂层的金刚石、或带涂层的磁铁矿。进一步改性不包括步骤5-9。

实施例47

实施例45-46的方法被改变成用一种或多种以下硅烷(但不限于此)取代使用的所有烷氧基硅烷的一部分：实施例16和19、Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}、Wyndham{WO 2008/103423}所列，或实施例4中使用的POS。进一步改性不包括实施例45的步骤5-9。

实施例48

实施例45-47的方法被改变成用实施例37所列的一种或多种以下金属氧化物前体(但不限于此)取代使用的所有烷氧基硅烷的一部分。进一步改性不包括实施例45的步骤5-9。

实施例49

实施例45-48的方法被改变成包括在表面多孔层之内引入一种或多种纳米颗粒，包括(但不限于)实施例10所列的纳米颗粒。进一步改性不包括实施例45的步骤5-9。

实施例50

向配备有搅拌棒、温度计和冷凝器的干净的圆底烧瓶中，添加四乙氧基硅烷(Gelest,Morrisville,PA)和1当量的十八醇、十二烷醇、辛醇、2-乙氧基乙醇、或3-乙基-3-戊醇(所有醇得自Aldrich,Milwaukee,WI)。添加催化量的对甲苯磺酸，并且搅拌溶液并在氮气下于90℃加热过夜。在常规的真空下，利用旋转蒸发移除该过程中所产生的乙醇。通过真空蒸馏(2mm Hg)来分离产物烷氧基硅烷，得到具有下式的分离产物：

(CH₃CH₂O)_4-vSi(OR*)v (式XXb)

其中

v为等于1-4的整数。

通过气相色谱法以≥90％纯度分离单衍生化产物(v＝1，R*＝十八烷基、十二烷基、辛基、2-乙氧基乙基)。

实施例51

实施例28-39、45-49的方法被改变成采用三组分烷氧基硅烷混合物，以形成式XX的表面多孔层：

(D)_d(E)_e(F)_f (式XX)

其中，

d+e+f＝1，

D为初始缩合时的无机组分。合适的前体包括(但不限于)硅、钛、锆、或铝的氧化物、氢氧化物、乙醇盐、甲醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、仲丁醇盐、叔丁醇盐、异丁醇盐、酚盐、乙基己醇盐、2-甲基-2-丁醇盐、壬醇盐、异辛醇盐、羟乙酸盐、羧酸盐、硝酸盐、氯化物、以及它们的混合物。有利的是，前体为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三异丙醇甲基钛、三苯酚甲基钛、烯丙基乙酰乙酸三异丙醇钛、甲基丙烯酸三异丙醇钛、甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三异丙醇钛、五甲基环戊二烯基三甲氧基钛、五甲基环戊二烯基三氯化钛、以及甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三正丙醇锆。

E为初始缩合时的杂化组分。合适的前体包括(但不限于)实施例16和19、Jiang{US6,686,035；7,223,473；7,919,177}或Wyndham{WO 2008/103423}所列的烷氧基硅烷。有利的是，E为1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。

F为初始缩合时的杂化组分，其可进一步反应以增大表面多孔层的孔隙度。合适的前体包括(但不限于)实施例50的烷氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷；乙酰氧基乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；氟三乙氧基硅烷；氟三甲氧基硅烷或Corriu,R.J.P.{Adv.Mater,2000,12,13,989}所报道的硅烷。用于增大孔隙度的反应包括脱甲硅基化、去保护、<500℃热处理、氧化或分解。采用实施例50的烷氧基硅烷的产物可通过酸提取(如实施例40所详述)或臭氧分解(如实施例41所详述)，导致具有孔隙度增大的层的产物。所得的反应的材料可包括杂化基团或二氧化硅。

实施例52

实施例51被改变成具有两组分初始缩合的式(d＝0)。当F包括实施例50的硅烷时，产物经由重复的酸提取(如实施例40所详述)反应，以产生表面多孔层。

实施例53

将选自实施例45-49和51-52的材料根据实施例40-44所述的方法进一步处理。根据需要进行分级来改善颗粒尺寸分布，从而移除任何细粒或凝聚的材料。

实施例54

采用公式1的包含碱性基团的烷氧基硅烷，对选自实施例1-3、或5-20的前体和产物芯材料进行表面改性，其使用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的表面改性方法。

R(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式1)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团；

m为2-6。

实施例55

采用公式2的包含碱性基团的烷氧基硅烷，对选自实施例1-3、或5-20的前体和产物芯材料进行表面改性，其使用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的表面改性方法。

A(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式2)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

Y表示氯、二甲氨基、三氟甲磺酸酯基、甲氧基、乙氧基、或长链烷氧基基团；A表示酸性基团，包括(但不限于)磺酸、羧酸、磷酸、硼酸、芳基磺酸、芳基羧基、芳基膦酸、以及芳基硼酸。

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团。

实施例56

采用公式1或2的包含碱性基团的烷氧基硅烷，对实施例10、12、14、21、22、25、26、27、37和38中详述的所选纳米颗粒材料进行表面改性，其使用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的表面改性方法。

实施例57

使用实施例21所详述的改性方法，使实施例54和55中的所选表面改性芯材料与实施例56中的表面改性纳米颗粒材料进行反应。在该方法中，不使用高分子电解质。溶液pH被调节成用于形成最佳多孔层。在某些方面，溶液pH在介于pH 2-7之间变化。在某些方面，最佳pH可在pH 4.0-6.5之间变化。当使用得自实施例54的带正电表面改性芯材料时，使用得自实施例56的带负电纳米颗粒材料。当使用得自实施例55的带负电表面改性芯材料时，使用得自实施例56的带正电纳米颗粒材料。

在后处理和分离之后，该单层材料可按原样使用。另选地，可添加附加层。这些可使用与最后表面层的电荷相反的实施例56的纳米颗粒材料，通过重复该成层过程来实现。当最后表面层使用实施例56的带正电纳米颗粒材料时，后续层使用实施例56的带负电纳米颗粒材料。当最后表面层使用实施例56的带负电纳米颗粒材料时，后续层使用实施例56的带正电纳米颗粒材料。该次序的交替电荷的纳米颗粒材料可用于在芯材料上形成2-15个层。在该方法中，不使用高分子电解质材料。使用的纳米颗粒材料的类型可在层之间变化或者保持相同。例如，可通过该方法使二氧化硅层在金刚石或磁铁矿层之间成层。

这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于这些反应中所用的芯材料有所增大。该方法制备的产物为自由流动的。任何凝聚的材料均可通过研磨或分级来移除。

为了改善孔径并进一步地强化选自实施例40-43的材料的这些表面多孔材料，采用Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}或Wyndham{WO 2008/103423}的水热处理方法。另选地，Wyndham{WO 2010/141426}所述的周围材料方法可用于强化这些表面多孔材料。当杂化无机/有机周围材料用于二氧化硅表面多孔层时，周围材料方法为特别重要的。此类材料具有相对于市售二氧化硅表面多孔颗粒改善的化学稳定性。当周围材料包含纳米颗粒，包括(但不限于)纳米金刚石——如Wyndham{WO 2010/141426}的实施例12和13所述——-可以实现热导率的改善。

另选地，将产物在700-1,000℃下热处理10-40小时，以进一步强化这些表面多孔材料。根据所采用添加剂的相容性，在空气中、惰性气氛下、或还原性气氛中执行该热处理。包含金刚石或磁铁矿的材料采用惰性或还原性气氛，用于防止氧化。

实施例58

57的方法被改变成引入得自实施例21-27的高分子电解质或聚合物材料。当最后层使用带正电纳米颗粒材料时，使用的后续高分子电解质或聚合物带负电。当最后层使用带负电纳米颗粒材料时，使用的后续高分子电解质或聚合物带正电。

实施例59

57-58的方法被改变成引入采用高分子电解质形成的层以及不采用高分子电解质形成的层。

实施例60

57-59的方法被改变成使用已通过酸或碱洗涤、或静电方式而被改变电荷的带电纳米颗粒材料。这些纳米颗粒材料的电荷可通过ζ电势测量进行监测。

实施例61

57-60的方法被改变成使用具有表面酸或碱基团的杂化芯材料。可使用苯基三乙氧基硅烷或巯基丙基三甲氧基硅烷，采用实施例1-3和5所述类型的杂化芯材料来制备表面酸性基团。可通过在硫酸中加热使苯基基团磺化。可使用过氧化氢或硝酸使巯基丙基基团氧化为磺基丙基基团。实施例1-3和5所述类型的杂化芯材料中所用的受保护氨基丙基基团可用于形成表面碱性基团。对这些氨基进行碘甲烷处理可用于制备二甲基和三甲基氨基丙基基团。

实施例62

57-61的方法被改变成使用实施例61所详述类型的具有表面酸或碱基团的杂化纳米颗粒材料。

实施例63

将选自实施例21-43、45-49、51-52和57-61的材料根据实施例40-44所述的方法进一步处理。根据需要进行分级来改善颗粒尺寸分布，从而移除任何细粒或凝聚的材料。

实施例64

使根据实施例21-43、45-49、51-52和57-63制备的所选表面多孔材料在90-98℃下分散于1摩尔盐酸溶液(Aldrich,Milwaukee,WI)中20h。另选地，将材料在10％硝酸溶液、或稀释的氢氟酸(含水)中再羟基化。使产物在滤纸(或磁力分离器)上分离，并且用去离子水重复洗涤直至实现中性pH，然后用丙酮(HPLC级，J.T.Baker,Phillipsburgh,N.J.)洗涤。

材料可通过在丙酮中沉淀而被进一步处理，以移除细粒材料。将产物在真空下于80℃干燥16h。该方法制备的表面多孔材料被提交用于分析。这些材料的比表面积(SPV)和比孔容(SPV)相对于芯材料有所增大。SPV在介于0.08-0.45cm³/g之间变化，并且平均孔径在介于之间变化。颗粒尺寸测量和SEM分析表明形成了较厚表面多孔层。该多孔层厚度在介于0.07-0.53μm之间变化，材料平均尺寸在介于1.2-15.0μm之间变化，并且产物尺寸分布(⁹⁰/₁₀比率)类似于芯材料的尺寸分布。这些材料的表面粗糙度从粗糙变化至平滑。粗糙表面通常由基于溶胶的方法形成。平滑表面由基于高纯度烷氧基硅烷的方法形成。产物形状大致类似于芯材料。例如，当芯呈球形时，产物呈球形。当芯呈棒形时，产物呈棒形。这些产物的显著差异为在形成多孔层之后对锯齿形或平面芯材料的粗糙边缘的圆化。

实施例65

使根据实施例64制备的所选球形表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷进行反应，其根据Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}或Wyndham{WO 2008/103423}所述的一般方法。使这些材料与三甲基氯硅烷进一步反应，其根据Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}或Wyndham{WO 2008/103423}所述的一般方法。表16包含这些C18-键合材料的描述。材料组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y

在该表中，使用以下缩写：SM＝平滑表面，且RS＝粗糙表面。

该过程的产物为具有颗粒尺寸、分布、表面形态、壳厚度和组成差异的球形。产物65a-65h详述了可在该过程中实现的不同最终颗粒尺寸、90/10比率、以及表面粗糙度，同时维持壳厚度与芯材料半径的可比较比率(0.53)。产物65i-651具有不同的壳厚度与芯材料半径的比率(0.29-0.64)，同时维持可比较的最终产物颗粒尺寸。可将这些材料与产物65a和65b进一步比较。产物65m-65s具有与产物65a可比较的颗粒尺寸、分布、形态、壳厚度以及壳厚度与芯半径的比率，但在芯和多孔层的组成(0-100％杂化物)中均有所不同。

表16

实施例66

根据实施例65所述的方法，使根据实施例64制备的所选表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。表17包含这些C₁₈-键合的材料的描述。这些产物包含可涂布有二氧化硅的不规则形状的金刚石芯。芯材料在形成表面多孔层之前具有1.18μm的平均颗粒尺寸和1.4的90/10比率。产物具有1.80μm的平均颗粒尺寸，其具有0.31um多孔层厚度和0.53的多孔层厚度与芯半径比率。多孔层组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y(纳米金刚石)_z

在该表中，使用以下缩写：SM＝平滑表面；且RS＝粗糙表面。

产物66a-66h具有金刚石芯的涂层、多孔层的组成以及表面粗糙度的差异。产物66i-66s具有包括纳米金刚石在内的不同多孔层组成。在该方法中，纳米金刚石以0.1-16重量％引入多孔层之内。

表17

实施例67

根据实施例65所述的方法，使根据实施例64制备的所选表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。表18包含这些Ci8-键合的材料的描述。这些产物包含已涂布有二氧化硅的磁铁矿芯。二氧化硅涂布的磁铁矿芯材料具有1.18μm的平均颗粒尺寸以及1.1-1.5的90/10比率。产物具有1.80μm的平均颗粒尺寸，其具有0.31um多孔层厚度和0.53的多孔层厚度与芯半径比率。多孔层组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y(纳米金刚石)_z

在该表中，使用以下缩写：SM＝平滑表面；且RS＝粗糙表面。

产物67a-671具有不同的磁铁矿芯尺寸、涂布的芯90/10比率、以及表面粗糙度，同时具有可比较的多孔层组成。产物67m-67t具有多孔层的杂化物和纳米金刚石含量差异。

表18

实施例68

根据实施例65所述的方法，使根据实施例64制备的所选表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。表19包含这些C₁₈-键合的材料的描述。这些产物包含棒形芯材料。棒形芯用长度与宽度表示法来描述。材料组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y(纳米金刚石)_z

在该表中，使用以下缩写：SM＝平滑表面；且RS＝粗糙表面；CSD＝截面直径；并且CCSR＝芯截面半径。

产物68a-l具有平均芯棒长度(1-3μm)和平均芯棒截面直径(CSD，1-2μm)和表面粗糙度的变化，同时具有可比较的壳厚度与芯棒截面半径比率(CCSR)。产物68m-68p具有壳厚度与截面半径比以及表面粗糙度的变化，同时具有可比较的芯棒长度和芯棒CSD。可将这些产物与68a-b进行比较。产物68q-ac具有芯棒和多孔层组成的变化，同时其它参数相当于产物68b。

表19

实施例69

根据实施例65所述的方法，使根据实施例64制备的所选表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。表20包含这些C₁₈-键合的材料的数据。这些芯具有环形氧化铁、二氧化硅、杂化物、或聚合芯材料。另选地，这些芯涂布有二氧化硅。环形芯材料描述为外径(OD)和开放体积的内径，以及材料的截面直径(CSD＝0.5(OD-ID))。材料组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y(纳米金刚石)_z

在该表中，使用以下缩写：SM＝平滑表面；且RS＝粗糙表面；OD＝外径；ID＝内径；CSD＝截面直径；并且CCSR＝芯截面半径。

产物69a-g具有平均产物OD(1.63-8.06μm)、平均芯OD(1.5-7μm)以及芯CSD(0.5-2μm)的变化，同时具有可比较的壳厚度与芯截面半径的比率(CCSR，0.53)。产物69h-k具有平均壳厚度与CCSR的比率(0.3-0.6)以及表面粗糙度的变化，同时具有可比较的平均芯OD和平均芯CSD。可将这些产物与69d进行比较。产物691-p具有多孔层组成的变化，而其它参数相当于产物69d。

表20

实施例70

根据实施例65所述的方法，使根据实施例64制备的所选表面多孔材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。表22包含这些C₁₈-键合的材料的数据。这些产物包含平均颗粒尺寸为1.18μm且90/10比率为1.4的复合球形芯颗粒。多孔层组成使用以下表示法：

(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)_x(SiO₂)_y(纳米金刚石)_z(纳米二氧化钛)_1-(x+y+z)

这些产物具有1.80μm的平均颗粒尺寸，其具有0.31μm多孔层厚度和0.53的多孔层厚度与芯半径比率。

表22

产物	二氧化硅中的纳米颗粒	多孔层组成(x,y,z)
			70a	金刚石	1,0,0
70b	金刚石	0,1,0
			70c	金刚石	0.5,0.5,0
70d	金刚石	0.25,0.25,0.5
			70e	金刚石	0,0.3,0.3
70f	金刚石	0.5,0,0
			70g	金刚石	0.25,0.25,0
70h	金刚石	0.25,0.25,0.25
			70i	磁铁矿	1,0,0
70j	磁铁矿	0,1,0
			70k	磁铁矿	0.5,0.5,0
701	磁铁矿	0.25,0.25,0.5
			70n	磁铁矿	0,0.3,0.3
70o	二氧化钛	1,0,0
			70p	二氧化钛	0,1,0
70q	二氧化钛	0.5,0.5,0
			70r	二氧化钛	0.25,0.25,0.5
70s	二氧化钛	0,0.3,0.3
			70t	金刚石和磁铁矿	1,0,0
70u	金刚石和磁铁矿	0,1,0
			70v	金刚石和磁铁矿	0.5,0.5,0
70w	金刚石和磁铁矿	0.25,0.25,0.5
			70x	金刚石和磁铁矿	0,0.3,0.3
70y	金刚石和二氧化钛	1,0,0
			70z	金刚石和二氧化钛	0,1,0
70aa	金刚石和二氧化钛	0.5,0.5,0
			70ab	金刚石和二氧化钛	0.25,0.25,0.5
70ac	金刚石和二氧化钛	0,0.3,0.3

实施例71

使用匀浆填充技术，将根据实施例64制备的所选材料和根据实施例65-70制备的C₁₈-键合的材料填充到2.1×100mm色谱柱中。使用ACQUITY 系统和ACQUITY可调UV检测器来评价这些材料的性能。Empower 2色谱数据软件用于数据采集和分析。根据Jiang{US 6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423；WO2011/017418}所述的一系列不同测试，包括等度反相(pH 3和pH 7)、梯度分离、以及高pH流动相下的加速稳定性测试，对柱进行评价。

实施例72

使用匀浆填充技术，将根据实施例65和68制备的球形和棒形C₁₈-键合的材料的混合物填充到2.1×100mm色谱柱中。棒形材料的重量百分比在介于1-95重量％之间变化。使用ACQUITY系统和ACQUITY 可调UV检测器来评价这些材料的性能。Empower 2色谱数据软件用于数据采集和分析。对于包含增大含量的棒形材料的柱，测定柱压的下降以及间隙孔隙度和隙间分数的增大。隙间分数在本领域中为公知的，并且可通过多种已知的方法，包括(但不限于)反相尺寸排阻色谱法来测定。

实施例73

根据实施例21的改良方法，向分散于去离子水(45g)的0.5-1.0μm金刚石颗粒(5g，Mypodiamond,Smithfield,PA)的混合物中添加0.5重量％的聚(氯化二烯丙基二甲基铵)(225g，MW＝100,000-200,000,Aldrich,Milwaukee,WI)水溶液。将混合物搅拌10分钟，并通过离心收集经处理的颗粒。通过四次重复的分散于去离子水(250mL)中对颗粒进行洗涤，然后进行离心。在添加59nm二氧化硅溶胶(50g，Nexsil 85NH4，Nyacol Nano Technologies,Ashland,MA，用稀释的硝酸调节pH至2.98)的10重量％水溶液之前，使颗粒再分散于去离子水(150mL)中。在通过离心收集颗粒之前，将混合物搅拌15分钟。颗粒通过五次重复的分散于去离子水(250mL)中洗涤，然后进行离心(产物73L1)。

在添加0.5重量％的聚(氯化二烯丙基二甲基铵)(225g，MW＝100,000-200,000，Aldrich,Milwaukee,WI)水溶液之前，使颗粒分散于去离子水(100g)中。将混合物搅拌10分钟，并通过离心收集经处理的颗粒。通过四次重复的分散于去离子水(250mL)中对颗粒进行洗涤，然后进行离心。在添加59nm二氧化硅溶胶(50g，Nexsil 85NH4，Nyacol NanoTechnologies,Ashland,MA，用稀释的硝酸调节pH至2.98)的10重量％水溶液之前，使颗粒再分散于去离子水(150mL)中。在通过离心收集颗粒之前，将混合物搅拌15分钟。颗粒通过五次重复的分散于去离子水(250mL)中洗涤，然后进行离心(产物73L2)。

取得含水样品并空气干燥以供SEM分析(图4)。使用冻干对最终产物进行干燥。以该方式制备的产物在芯金刚石材料上具有二氧化硅溶胶和高分子电解质两者。如图4所示，在将单层二氧化硅添加至金刚石芯之后，存在产物形态和表面粗糙度的明显差异。

实施例74

使用实施例21的改良方法，使表面多孔二氧化硅层形成于实施例18的产物18a上。使二氧化硅涂布的磁性芯(18a，1.2μm，20mg)重悬于0.5重量％的聚乙烯亚胺水溶液(1.0mL，PEI，MW＝2,000，Aldrich)中。然后，使该混合物在旋转器上混合10分钟。将材料用磁力分离器分离并在重悬于去离子水(0.6mL)之前，用去离子水(3.0mL，MilliQ)洗涤四次。随后，添加59nm二氧化硅溶胶(200μl，Nexsil 85NH4，Nyacol Nano Technologies,Ashland,MA，pH调节至3.48)的10重量％水溶液。在用磁力分离器分离产物之前，使混合物旋转15分钟。将产物用去离子水(3.0mL)洗涤五次。使用磁力分离器分离产物(74L1)。

将该过程再重复两次，以产生产物的第二(产物74L2)和第三层(产物74L3)。使最终产物在核孔过滤器(0.2μm，Whatman)上空气干燥。SEM分析(图5)示出平均颗粒尺寸为1.4μm的具有粗糙表面的最终颗粒。该产物在0.5μm直径磁性芯颗粒的0.35μm无孔二氧化硅壳顶部具有0.1μm厚的多孔层。

实施例75

根据实施例21的方法，将产物73L2和74L3在氮气气氛下于500℃和800-900℃进行热处理。惰性气氛用于防止金刚石或磁铁矿芯氧化。分级被实施成改善颗粒尺寸分布并移除任何细粒或凝聚的材料。采用实施例64的方法对这些材料再羟基化，并且采用实施例65的方法与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。将C₁₈-键合的金刚石芯表面多孔颗粒(产物75a)和C₁₈-键合的磁性芯表面多孔颗粒(产物75b)填充到色谱设备中并对性能进行评价。

实施例76

将先前已在600℃下热处理(10h)并用10％硝酸(Fisher scientific)再羟基化的1.26μm无孔二氧化硅颗粒(10.4g)经超声处理10分钟而分散到100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。单独地，将十八烷基三甲基溴化铵(3.0g，C₁₈TAB，Sigma-Aldrich)溶解于100mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中。然后，将C₁₈TAB溶液添加到颗粒溶液中并超声波处理10分钟。该溶液标记为溶液A。在独立烧杯中，将Pluronic P123(58.0g，Sigma-Aldrich)溶解于400mL的溶剂(水:无水乙醇2:1v/v)中并标记为溶液B。将溶液B添加到溶液A中并允许继续超声波处理20分钟。然后，将混合物转移到1L圆底烧瓶中并在750rpm下搅拌。将氢氧化铵溶液(30％，J.T.Baker)添加到烧瓶中并允许继续搅拌5分钟。将四乙氧基硅烷(TEOS，Sigma-Aldrich)和1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTEE，Gelest)的3.3:1摩尔比混合物首先用无水乙醇(稀释因子＝3)稀释，并利用蠕动泵(ISMATEC，ISM596D配备有1/32英寸直径PTFE管材，得自Cole-Palmer)以50μL/min添加至烧瓶。一旦添加完所有混合物，允许在洗涤之前继续1h。洗涤步骤如实施例28所详述的那样实施。该过程重复两次或更多次。使溶液体积增大成用于补偿固体体积的增大，同时维持试剂的恒定浓度。对于具体反应条件，参见下表23。产物76L2的SEM图像示于图6。

表23

实施例77

实施例76的方法被改变成使用1.6:1摩尔比的四乙氧基硅烷与1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷的混合物。对于具体反应数据，参见下表24。产物77L2的SEM图像示于图6。

表24

实施例78

实施例76的方法被改变成仅使用1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。产物78L2的SEM图像指示1.55μm的平均颗粒尺寸，其高度聚集并具有增大量的细小颗粒(<1μm)。

实施例79

使根据实施例28-32制备的杂化多孔层表面多孔颗粒(3.3g)分散于2摩尔盐酸的丙酮溶液中。将混合物在室温下机械搅拌18小时。通过离心(Forma Scientific型号5681，4,000rpm，10min)分离产物，然后用去离子重复洗涤直至pH大于6，随后进行两次甲醇洗涤。在洗涤之间使用超声处理来改善分散。将产物在80℃下真空干燥16小时，并且提交用于SEM和氮吸附分析。材料数据示于表25。通过SEM测定平均颗粒尺寸。

表25

实施例80

选自实施例76-78的材料根据实施例79的方法，通过酸提取移除表面活性剂。

实施例81

将选自实施例79-80的材料根据实施例41的方法经臭氧分解进行处理，根据实施例44的方法水热处理，并且如实施例79所详述进行酸处理，并且分级，以移除细小和/或凝聚的材料。使用实施例65的方法，使这些材料与十八烷基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷进行反应。将这些C₁₈-键合的杂化多孔层表面多孔颗粒填充到色谱设备中并对性能进行评价。

实施例82

选自实施例63、64、75、79-81的未粘合材料具有根据Jiang{US6,686,035；7,223,473；7,919,177}和Wyndham{WO 2008/103423}的方法，采用包括(但不限于)以下类型的试剂而被表面改性的硅烷醇基团：

Z_a(R')_bSi-R，

其中

Z＝Cl，Br，I，C₁-C₅烷氧基，二烷基氨基或三氟甲磺酸酯；

a和b各自为0至3的整数，前提条件是a+b＝3；

R’为C₁-C₆直链、环状或支链烷基基团、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基和环己基；

R为选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、吡啶基基团、五氟苯基烷基基团、包含嵌入极性官能团的烷基或芳基基团、以及C₁-C₃₀烷基基团的官能化基团。

优选的硅烷醇表面改性基团包括(但不限于)辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷、苯己基三氯硅烷、正丁基二甲基氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三异丙基氯硅烷、氰丙基二异丙基氯硅烷、五氟苯基丙基三氯硅烷、2-吡啶基乙基三甲氧基硅烷、以及十八烷基二甲基氯硅烷。

另选地，材料经由在表面有机基团和改性试剂之间形成有机共价键而被表面改性。另选地，材料通过涂布聚合物而被表面改性。另选地，材料通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合而被表面改性。另选地，材料通过硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。另选地，材料通过有机基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。另选地，材料通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合而被表面改性。

实施例83

将选自实施例45的未粘合材料(产物45t-45x)使用有机硅氧烷、有机硅氧烷和烷氧基硅烷的混合物、聚有机烷氧基硅烷、杂化无机/有机周围材料、或它们的组合形成的一个或多个层进行改性。这些材料在颗粒外表面附近具有增大的杂化物含量。

实施例83

将选自实施例45的未粘合材料(产物45t-45x)采用如下物质进行改性：杂化无机/有机周围材料，产生(SiO₂)_d/(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)，其中d为0-30)；杂化无机/有机周围材料，产生(SiO₂)_d/(O_1.5SiCH₂CH₃)，其中d为0-30；或它们的组合。这些产物在颗粒外表面附近具有增大的杂化物含量，并且相对于实施例45的进料材料而言孔隙度下降0.01-0.20cm³/g。

实施例84

聚有机硅氧烷的合成：

将一种或多种四烷氧基硅烷或有机烷氧基硅烷(全部得自Gelest Inc.,Morrisville,PA或United Chemical Technologies,INC.,Bristol,PA)或正丙醇锆(70％溶于丙醇，Gelest Inc.,Morrisville,PA,172.5g溶液用于反应1n)与乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)和盐酸水溶液(Aldrich,Milwaukee,WI)在烧瓶中混合。反应1a-1r、1u-1y使用0.1N HC1，反应1s和1t使用0.01N HC1，反应Iz使用0.1M乙酸(J.T.Baker)。另外将对苯二酚(Aldrich,Milwaukee,WI)添加至反应Io(8.4mg)和反应1p(17.6mg)，以防止甲基丙烯酰氧基丙基聚合。产物1y根据文献方案制备(如描述于K.Unger等人Colloid&Polymer Science第253卷，第658-664页(1975))。将所得的溶液搅拌并在氩气或氮气气氛中回流16小时。通过在大气压下蒸馏从烧瓶除去醇。残余的醇和挥发性物类通过在氩气或氮气吹扫流中于95-120℃加热1-2小时除去。所得的聚有机烷氧基硅氧烷为澄清的粘性液体。用于制备产物聚有机烷氧基硅氧烷(POS)的有机烷氧基硅烷的化学式列于表1。用于制备产物la-lx的起始物的具体量列于表2。使用NMR光谱学进行结构分析。

表1

表2

实施例85

杂化颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的5μm BEH多孔杂化颗粒(20g，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝190m²/g；SPV＝0.80cm³/g；)在乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ；5mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS la。在旋转蒸发仪中缓慢地减压移除溶剂0.5-4小时。使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热20小时。随后使反应冷却，并对产物进行过滤并相继用水和甲醇(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表3。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)列于表3。

表3

实施例86

杂化颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的5μm BEH多孔杂化颗粒(20g，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝190m²/g；SPV＝0.80cm³/g；)在无水甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；5mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS la和水。用Dean-Stark分水器将该反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后将材料在具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热至50℃保持4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表4。％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)、平均孔径(APD)、以及SPV变化(ΔSPV)列于表4。

用该方法观察碳含量的增大(1.0-1.8％C)和SPV的减小(平均变化0.10cm³/g)。SEM分析指示了起始颗粒的等同颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过CoulterCounter)指示了起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。这表明该材料周围化过程中孔隙度减小是由于多孔颗粒骨架的填充，而并非由于引入表面碎片或次级无孔颗粒分布。APD的减小也指示该材料化周围过程填充了孔骨架。SSA的略微增大可指示周围材料具有较小的孔隙度。

表4

实施例87

杂化颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的3.5μm BEH多孔杂化颗粒(Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝185m²/g；SPV＝0.76cm³/g；)在无水甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；对于4a-4b为5mL/g；对于4e-4i为10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS la和水。使该反应于80℃加热一小时并于110℃加热20小时。反应4a和4c不采用用于移除残余水的Dean-Stark分水器；而其它反应使用Dean-Stark分水器。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表5。％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)、平均孔径(APD)、以及SPV变化(ΔSSA)列于表5。

用该材料周围化方法实现碳含量的增大(1.0-2.6％C)和SPV的减小(0.12-0.44cm³/g)。SEM分析确认了起始颗粒的等同颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过Coulter Counter)指示了起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。这表明该材料周围化过程中孔隙度减小是由于多孔颗粒骨架的填充，而并非由于引入表面碎片或次级无孔颗粒分布。

表5

实施例88

杂化周围化杂化颗粒的水热处理

作为用于改性周围杂化颗粒的孔结构的方式，将得自实施例3和4的颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS,Aldrich Chemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，使产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,GA)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。这些材料的具体表征数据列于表6。相对于实施例3和4的前体材料，产物的变化％C(Δ％C)、SSA(ΔSSA)和APD(ΔAPD)列于表6。

该组实验示出对周围杂化颗粒水热处理可用于改变这些材料的孔属性。当相比于得自实施例3和4的前体材料时，所有产物的SSA显著减小，APD增大，并且SPV或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。可以断定水热处理的使用成功地增大了APD。这些产物的APD在与市售HPLC填充材料得比相当范围之内。这些产物％C的减小部分地由于表面醇化物移除且周围材料的甲基丙烯酰氧基丙基部分水解。该水解导致羟丙基(例如HO(CH₂)₃SiO_1.5)形成，如由NMR和FT-IR光谱学所确认。

表6

实施例89

杂化颗粒的次级杂化无机/有机材料周围化：

向得自实施例5的多孔杂化颗粒在无水甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS la和水。用Dean-Stark分水器将该反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后将材料在具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热至50℃保持4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表7。％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)、平均孔径(APD)、以及SPV变化(ΔSPV)列于表7。

该组实验示出，重复的材料周围化可用于进一步改变这些材料的孔特性。用该材料周围化方法实现了碳含量的增大(0.7％C)和SPV的减小(0.13cm³/g)。将这些产物与实施例3和4所用的未改性BEH颗粒进行比较，我们观察到通过该迭代过程实现了碳含量的大幅增大(1.00-1.36％C)和SPV的减小(0.23-0.24cm³/g)。SEM分析确认了前体材料的等同颗粒形态和表面特征。

表7

实施例90

杂化无机/有机周围化杂化颗粒的水热处理

将得自实施例6的杂化颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS,AldrichChemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g的浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，将产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,Ga)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。这些材料的具体表征数据列于表8。相对于得自实施例6的前体材料，产物的变化％C(Δ％C)、SSA(ΔSSA)和APD(ΔAPD)列于表8。

该组实验示出在相比于前体材料时，对重复周围杂化颗粒水热处理可用于减小SSA，增大APD，并且SPV或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。这些产物％C的减小部分地由于前体材料的表面醇化物移除且周围材料的甲基丙烯酰氧基丙基部分水解。该水解导致羟丙基(例如HO(CH₂)₃SiO_1.5)形成，如由NMR和FT-IR光谱学所确认。

表8

实施例91

杂化颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的3.0-3.5μm BEH多孔杂化颗粒(20g，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝185-191m²/g；SPV＝0.76-0.82cm³/g；)在甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS(16.42g)和去离子水(0.8mL)。反应8u、8v和8ad使用4.8μm BEH多孔颗粒。反应8p和8q使用8.2mL去离子水。反应8s和8t以两倍增大比例，反应8w和8x以十倍增大比例，并且反应8y以25倍增大比例进行。将对苯二酚(30ppm，Aldrich,Milwaukee,WI)添加至反应8n和8o，以防止甲基丙烯酰氧基丙基聚合。用Dean-Stark分水器将反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)列于表9。产物的变化％C(Δ％C)和SPV(ΔSPV)列于表9。

该组实验示出多种不同的POS可用于形成杂化周围材料。该系列周围材料的区别在于疏水性和表面活性。例如，周围产物8d的十八烷基和周围产物8i的部分氟化基团可导致疏水性相对于未改性BEH颗粒有所增大。含锆产物8m可显示出增大的表面活性，这可能对某些色谱分离有利。包含全氟苯基的周围产物8t的疏水和强吸电子性质可显示出增大的疏水性和改变的表面硅烷醇活性。如产物8b所示，使用具有式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄的POS导致杂化周围颗粒具有如未改性颗粒的样品化学组成，从而仅允许颗粒孔特性变化。

碳含量因周围材料的组成而变化。例如，产物8b未示出碳含量变化。这是预期的，因为周围材料和基础颗粒具有相同的化学组成。相比于BEH材料，碳含量较低的产物8t的周围材料导致周围产物的碳含量下降。产物8u-8y为重复实验，旨在测定该过程在增大反应规模下的可重复性。这些产物具有良好的可重复性，对％C、SSA、SPV和APD数据而言具有小于4.5％的相对标准偏差。

SPV的减小(-0.04至-0.25cm³/g)也通过该材料周围化方法实现。SEM分析确认了起始颗粒的等同颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过Coulter Counter)指示了相对于起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。

表9

实施例92

杂化物涂布的杂化颗粒的水热处理

将得自实施例8的杂化颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS,AldrichChemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g的浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，将产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,Ga)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。这些材料的具体表征数据列于表10。

该组实验示出在相比于前体材料时，对周围杂化颗粒水热处理可用于减小SSA，增大APD，并且SPV或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。当％C的大多数变化较小(<0.35％C)时，这些产物中一些的％C的大幅下降部分地由于前体材料的表面醇化物移除且周围材料的某些特定有机官能团被化学改性。例如，产物9j、9n、9o、9r和9s的部分酯水解导致羟丙基(例如HO(CH₂)₃SiO_1.5)形成。使产物9k、9p和9q的叔丁氧羰基去保护导致了氨基丙基(例如NH₂(CH₂)₃SiO_1.5)形成，如由NMR光谱学所证实。

可在氮气解吸数据(BJH dV/dlog(D)孔体积数据)中观察到水热处理周围杂化颗粒所获得的孔结构的改变。如图1分别对材料周围化和水热处理产物8b和9b所示，通过该过程获得了平均孔径的显著变化。作为该过程的结果，孔径分布的宽度相对于未改性BEH杂化颗粒有所下降。重复实验产物9u-9y示出良好的可重复性，并且％C、SSA、SPV和APD的相对标准偏差小于4.5％。

表10

实施例93

杂化颗粒的二氧化硅基材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的3.5μm BEH多孔杂化颗粒(Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝185m²/g；SPV＝0.76cm³/g；)在无水甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS 1y和去离子水。用Dean-Stark分水器将该反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表11。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)列于表11。产物的变化％C(Δ％C)和SPV(ΔSPV)列于表11。

该组实验示出四烷氧基硅烷基POS可用于形成二氧化硅周围杂化材料。这可允许颗粒表面特性(例如硅烷醇活性和亲水性)改变。作为这些杂化材料的二氧化硅材料周围化结果，碳含量、SSA、SPV和APD下降，这是由于周围材料(例如SiO₂)中不含碳。SEM分析确认了起始颗粒的等同颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过Coulter Counter)指示了起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。

表11

实施例94

二氧化硅涂布的杂化颗粒的水热处理

将得自实施例10的杂化颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS,AldrichChemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g的浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，将产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,Ga)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。这些材料的具体表征数据列于表12。

该组实验示出在相比于前体材料时，对二氧化硅周围杂化颗粒水热处理可用于减小SSA，增大APD，并且％C、SPV或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。

表12

实施例95

向聚有机硅氧烷添加纳米颗粒

将金刚石纳米颗粒(Nanostructured&Amorphous Materials,Inc,Houston,TX,4-25nm)或碳化硅纳米颗粒(Sigma-Aldrich,Saint Louis,MO,<100nm)添加到实施例1的POSIc中，得到0.1-0.2重量％分散体。使用转子/定子混合器(Mega Sheer,Charles Ross&SonCo.,Hauppauge,NY)实现分散。然后，对产物进行离心(Thermo EXD，4×1L试管离心机，Milford,MA)以减少附聚物。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表13。

表13

产物	POS1c(Kg)	纳米颗粒类型	纳米颗粒质量(g)
				12a	9.08	金刚石	18.60
12b	9.08	碳化硅	7.57

实施例96

杂化颗粒的纳米颗粒杂化复合材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的3.5μm BEH多孔杂化颗粒(20g，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝185m²/g；SPV＝0.76cm³/g；)在甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例12的POS(16.42g)和去离子水(0.8g)。用Dean-Stark分水器将该反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后将材料在具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热至50℃保持4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)、平均孔径(APD)、以及SPV变化(ΔSPV)列于表14。

该组实验示出包含POS的纳米颗粒可用于形成复合周围材料。这可允许颗粒特性(例如表面酸性、热和机械性能)改变。通过该复合材料周围化方法实现SPV的减小(0.11cm³/g)。SEM分析证实相对于起始颗粒的当量颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过Coulter Counter)指示了起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。这表明该材料周围化过程中孔隙度减小是由于多孔颗粒骨架的填充，而并非由于引入表面碎片或次级无孔颗粒。

表14

实施例97

纳米颗粒杂化复合周围杂化颗粒的水热处理

将得自实施例13b的杂化颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS，AldrichChemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g的浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，将产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,Ga)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。所得的产物14a具有6.49％C、132m²/g的比表面积(SSA)、0.64cm³/g的比孔容、以及的平均孔径(APD)。当相比于前体材料时，对复合周围杂化材料的水热处理减小了SSA并增大了APD，且SPV或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。

实施例98

较宽孔杂化颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向表示为A型(3.5μm；6.3％C；SSA＝38m²/g；SPV＝0.67cm³/g；MPV＝0.67cm³/g；)、B型(3.5μm；6.6％C；SSA＝83m²/g；SPV＝0.65cm³/g；MPV＝0.61cm³/g；)、或C型(5μm；6.44％C；SSA＝95-100m²/g；SPV＝0.81-0.83cm³/g； MPV＝0.77-0.83cm³/g；)的式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄的较宽孔BEH多孔杂化颗粒(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)在甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加得自实施例1的POS和去离子水。使反应于80℃加热一小时并于110℃加热20小时。对于反应15a和15b，用Dean-Stark分水器移除残余的水。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。这些材料的％C值和比表面积(SSA)列于表15。由压汞法测量的中值中孔直径(MPD)和中孔孔体积(MPV)列于表15中。相对于未改性杂化颗粒的产物变化SPV(ΔSPV)和MPV(ΔMPV)列于表15。

该组实验示出杂化POS可用于形成周围化较宽孔直径杂化材料。这可允许颗粒表面特性和机械性能改变。孔体积减小可允许多孔网络的机械强度改善。通过该复合材料周围化方法实现MPV的减小(0.06-0.16cm³/g)。SEM分析确认了起始颗粒的等同颗粒形态和表面特征。颗粒尺寸分析(通过Coulter Counter)指示了相对于起始颗粒的当量颗粒尺寸和分布。

表15

实施例99

具有较宽孔颗粒的杂化周围材料的水热处理

将得自实施例15的杂化颗粒与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS,AldrichChemical,Milwaukee,WI)水性溶液以5mL/g的浆液浓度混合。用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将所得浆料的pH调节至9.8。然后，将浆料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，将产物在0.5μm滤纸上分离并用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,Ga)洗涤。随后，将颗粒在真空下于80℃干燥16小时。这些材料的具体表征数据列于表16。当相比于前体材料时，对具有较宽孔杂化材料的周围材料水热处理减小了SSA并增大了MPD，且％C或颗粒形态无显著变化(如由SEM所测)。产物16a的高分辨率SEM指示，通过该过程维持了高度多孔孔隙网络。

表16

实施例100

具有周围材料的杂化颗粒的酸处理

将根据实施例5、9和11制备的多孔颗粒在98℃下分散于1摩尔盐酸溶液(Aldrich,Milwaukee,WI)中20h。使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用水洗涤至中性pH，随后用丙酮(HPLC级，Fisher Scientific,Fairlawn,N.J.)洗涤。将颗粒在80℃下真空干燥16h。这些材料的具体表征数据列于表17。

虽然就前体材料而言SSA、SPV或APD并未发生显著变化，但对未改性BEH杂化颗粒而言存在SSA(降低13-63m²/g)和SPV(降低0.05-0.23cm3/g)显著下降。

除了产物17k和171之外，就前体材料而言％C并未发生显著变化。这两种产物的％C损失(降低0.41-0.75％C)可导致剩余的叔丁氧羰基基团去保护，从而导致氨基丙基基团(例如NH₂(CH₂)₃SiO_1.5)形成。就未改性BEH杂化物而言，％C的变化由于周围材料的化学式而增大或减小。这些材料的微孔表面积(MSA)都在色谱上有增进作用的孔几何特征的色谱材料的需求之内。重复实验产物17t-17x示出良好的可重复性，并且％C、SSA、SPV和APD的相对标准偏差小于5％。

表17

实施例101

具有周围材料的杂化颗粒与异氰酸酯的反应

在氩气覆盖下，将得自实施例17的具有周围材料的包含羟丙基的杂化颗粒用溶于无水甲苯(5mL/g，J.T.Baker)的异氰酸十八烷酯(ODIC，Aldrich Chemical)、异氰酸十二烷酯(DIC，Aldrich Chemical)、五氟苯基异氰酸酯(PFPIC，Aldrich Chemical)、异氰酸1-金刚烷酯(AIC，Aldrich Chemical)、异氰酸4-氰基苯酯(4CPIC，Aldrich Chemical)、异氰酸3-氰基苯酯(3CPIC，Aldrich Chemical)、异氰酸4-联苯酯(BPIC，Aldrich Chemical)、异氰酸2,2-二苯基乙酯(DPEIC，Aldrich Chemical)、异氰酸3,5-二甲氧基苯酯(DMPIC，AldrichChemical)、异氰酸4-碘代苯酯(IPIC，Aldrich Chemical)、异氰酸4-(氯甲基)苯酯(CMPIC，Aldrich Chemical)、(5)-(-)-2-异氰酸根合-3-苯丙酸甲酯(MIP，Aldrich,Milwaukee,WI)、异氰酸苯酯(PIC，Aldrich Chemical)、异氰酸苄酯(BIC，Aldrich Chemical)、或异氰酸苯乙酯(PEIC，Aldrich Chemical)进行改性。将悬浮液回流加热(110℃)16小时，然后冷却至<30℃。在回流二甲苯(30mL/g,J.T.Baker)中制备产物18g。将颗粒转移至过滤器设备，并用甲苯和丙酮彻底洗涤。然后，将材料于50℃在丙酮与1％三氟乙酸(Aldrich,Milwaukee,WI)溶液的1:1v/v混合物(10mL/g颗粒，水解类型A)中加热一小时，或者在丙酮与100mM碳酸氢铵(pH 8，Aldrich,Milwaukee,WI)的60:40v/v混合物中加热20小时(水解类型B)，或者在丙酮与100mM碳酸氢铵(pH 10，Aldrich,Milwaukee,WI)的60:40v/v混合物中加热20小时(水解类型C)。将产物18r加热1小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用丙酮和甲苯洗涤(70℃下加热)。随后，使产物在减压下于70℃干燥16小时。反应数据列于表18。氨基甲酸酯基团的表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异来测定，如由元素分析测量的。

表8

实施例102

用异氰酸酯对具有周围材料的杂化颗粒进行二次表面改性

在类似于实施例18的反应条件下，用异氰酸十八烷酯(ODIC，Aldrich Chemical)、异氰酸叔丁酯(TBIC，Aldrich Chemical)、或异氰酸正丁酯(NBIC，Aldrich Chemical)在无水甲苯(5mL/g，J.T.Baker)中对实施例18的材料进一步改性。反应数据列于表19。氨基甲酸酯基团的附加表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异来测定，如由元素分析测量的。

表19

实施例103

用氯硅烷对具有周围材料的杂化颗粒改性

将实施例18和19的材料用三甲基氯硅烷(TMCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)、三乙基氯硅烷(TECS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)、三异丙基氯硅烷(TIPCS，GelestInc.,Morrisville,PA)、二甲基叔己基氯化硅(TDMCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)、叔-丁基二甲基氯硅烷(TBDMCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)、1-(叔-丁基二甲基甲硅烷基)咪唑(TBDMSI，TCI America)、或叔丁基二苯基氯硅烷(TBDPCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)进一步改性，其使用咪唑(Aldrich,Milwaukee,WI)在回流甲苯(5mL/g)中保持4小时。随后使反应冷却，并将产物过滤并相继用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤，然后在减压下于80℃干燥16小时。产物20f进行20小时。在类似的反应条件下，产物20f、20i、20j、20k和201利用TMCS经历后续反应。反应数据列于表20。

表20

实施例104

用氯硅烷对具有周围材料的杂化颗粒进行初始表面改性

将得自实施例17的样品用十八烷基三氯硅烷(OTCS，Aldrich,Milwaukee,WI)或十八烷基二甲基氯硅烷(ODMCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)改性，其使用咪唑(Aldrich,Milwaukee,WI)在回流甲苯(HPLC级，Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)中保持4小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤。对于产物21a，将材料随后在丙酮/0.12M醋酸铵水溶液(Sigma ChemicalCo.,St.Louis,MO)中回流2小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。反应数据列于表21。C₁₈-基团的表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异来测定，如由元素分析测量的。

表21

实施例105

用氯硅烷对具有周围材料的杂化颗粒进行二次表面改性

用三乙基氯硅烷(2.76g，TECS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)对实施例21a的C₁₈-粘合的杂化材料(14g)的表面进一步改性，其使用咪唑(1.50g，Aldrich,Milwaukee,WI)在回流甲苯(75mL)中保持4小时。随后使反应冷却，并将产物过滤并相继用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤，然后在减压下于80℃干燥16小时。然后，将材料与六甲基二硅氮烷(HMDS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)混合，得到浆料(浓度1.1gHMDS/1.0g颗粒)。然后，将所得的浆料封闭于不锈钢高压釜中并于200℃加热18小时。在高压釜冷却至室温之后，使产物在滤纸上分离并相继用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤，然后在减压下于80℃干燥16小时。产物(22a)具有14.04％C。

实施例106

用氯硅烷对具有周围材料的杂化颗粒进行二次表面改性

采用三甲基氯硅烷(TMCS，Gelest Inc.,Morrisville,Pa)对得自实施例17和21的具有周围材料的杂化颗粒的表面改性，其使用咪唑(Aldrich,Milwaukee,WI)在回流甲苯中保持4小时。随后使反应冷却，并将产物过滤并相继用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤，然后在减压下于80℃干燥16小时。反应数据列于表22。

表22

实施例107

杂化颗粒中的包含亚-1μm颗粒的杂化无机/有机材料周围化：

向式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的3.5μm BEH多孔杂化颗粒(20g，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝188m²/g；SPV＝0.78cm³/g；)在甲苯(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ；10mL/g)中的悬浮液添加<0.5μm BEH多孔杂化颗粒在得自实施例1的POS 1c和水(0.82mL)之内的分散体。对于实施例24a和24b，通过搅拌过夜实现<0.5μm BEH多孔杂化颗粒(颗粒尺寸由SEM测定)在POS 1c之内的分散体。实施例24c的分散体需要用乙醇初始稀释，然后真空蒸馏乙醇。使该材料周围化反应于80℃加热一小时并于110℃加热20小时。将反应冷却至室温，并使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用乙醇(无，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤。然后将材料在具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热至50℃保持4小时。随后使反应冷却，对产物进行过滤并相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。用于制备这些产物的起始物的具体量列于表23。这些材料的％C值、比表面积(SSA)、比孔容(SPV)、平均孔径(APD)、以及SPV变化(ΔSPV)列于表23。SEM分析表明在3.5μm颗粒上存在表面<0.5μm颗粒物。

表23

实施例108

杂化颗粒上乙酰氧基丙基的键合：

将式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(根据美国专利6,686,035中所述的方法制备)的BEH多孔杂化颗粒(A型，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝190m²/g；SPV＝0.80cm³/g；)或3μm较宽孔BEH多孔颗粒(B型，Waters Corporation,Milford,MA；6.5％C；SSA＝88m²/g；SPV＝0.68cm³/g；在甲苯(HPLC级，Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)中的悬浮液用3-乙酰氧基丙基三氯硅烷(ATPTCS，Silar Laboratories,Scotia,NY)和咪唑(Aldrich,Milwaukee,WI)以及去离子水在回流甲苯(HPLC级，FisherScientific,Fairlawn,Nj)中改性20小时。反应25a使用5μm颗粒，反应25g和25h使用3.5μm颗粒。然后使反应冷却，并将材料过滤并相继用甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。将材料随后在丙酮/0.12M醋酸铵水溶液(SigmaChemical Co.,St.Louis,MO)中回流2小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。将材料然后在98-100℃下分散于1摩尔盐酸溶液(Aldrich,Milwaukee,WI)中20h，得到羟丙基基团(例如HO(CH₂)₃SiO_1.5)，如由NMR光谱所证实。使颗粒在0.5μm滤纸上分离并用水洗涤至中性pH，随后用丙酮(HPLC级，Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。将颗粒在80℃下真空干燥16h。反应数据列于表24。另外根据实验9的过程对产物25h进行水热处理，并根据实验17的过程进行酸处理。羟丙基基团的表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异来测定，如由元素分析测量的。

表24

实施例109

键合的杂化颗粒与异氰酸酯的反应

在氩气覆盖下，将得自实施例25a的颗粒(20g)用溶于无水甲苯(100mL，FisherScientific,Fairlawn,NJ)的异氰酸十八烷酯(9.99g,Aldrich Chemical)进行改性。将悬浮液回流加热(110℃)16小时，然后冷却至<30℃。将颗粒转移至过滤器设备，并用甲苯和丙酮彻底洗涤。然后，将材料在丙酮和1％三氟乙酸(Aldrich,Milwaukee,WI)溶液的1:1v/v混合物(100mL)中于50℃加热一小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用丙酮和甲苯洗涤(70℃下加热)。随后，使材料在减压下于70℃干燥16小时。该材料的碳含量为13.32％C；并且氨基甲酸酯基团的表面覆盖率为1.73μmol/m²，该表面覆盖率通过表面改性之前和之后％C的差异来测定(如由元素分析测量的)。采用三甲基氯硅烷(TMCS，Gelest Inc.,Morrisville,PA)对这些颗粒的表面进行改性，其使用的咪唑(Aldrich,Milwaukee,WI)在回流甲苯中保持4小时。随后使反应冷却，并将产物过滤并相继用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤，然后在减压下于80℃干燥16小时。产物(26a)的最终碳含量为14.24％C。

实施例110

具有周围材料的多孔杂化颗粒的色谱评价

得自实施例18、20、23和26的多孔颗粒的样品用于分离表25所列的中性、极性和碱性化合物的混合物。使用匀浆填充技术，对2.1×100mm色谱柱进行填充。色谱系统由ACQU1TY系统和ACQUITY可调UV检测器组成。Empower 2色谱数据软件(Build 2154)用于数据采集和分析。流动相条件为：20mM K₂HPO₄/KH₂PO₄，pH 7.00±0.02/甲醇(36/65v/v)；流速：0.25mL/min；温度：23.4℃；检测：254nm。

可以看出，这些具有周围材料的多孔杂化颗粒在中性、极性、和碱性化合物分离中提供足够的保留和分离度。相对保留为被分析物的保留时间除以苊的保留时间。因此，小于一的值指示相比于苊保留较小，而大于一的值指示相比于苊保留较大。(相对保留为HPLC领域公知的参数。)

表25

实施例111

具有周围材料的多孔杂化颗粒的峰形评价

使用实施例25的流动相和测试条件，评价实施例18、20、23和26的多孔颗粒样品的USP峰拖尾因子。结果示于表26中。峰拖尾因子为HPLC领域公知的参数(较低值对应于拖尾减少)。显而易见的是，这些具有周围材料的多孔杂化颗粒具有与市售C₁₈-柱的碱性化合物拖尾因子得比相当的峰拖尾因子。

表26

实施例112

具有周围材料的多孔杂化颗粒的色谱评价

得自实施例9和17的多孔颗粒的样品用于分离表27所列的中性、极性和碱性化合物的混合物。使用匀浆填充技术，对2.1×100mm色谱柱进行填充。色谱系统由ACQUITY系统和ACQUITY可调UV检测器组成。Empower 2色谱数据软件(Build2154)用于数据采集和分析。流动相条件为：100mM甲酸铵，pH.3.00±0.02/乙腈(10/90v/v)；流速：0.5mL/min；温度：23.4℃；检测：254nm。

可以看出在亲水作用色谱(HILIC)测试条件下，这些多孔杂化颗粒在极性化合物分离中提供足够的保留和分离度。相对保留为被分析物的保留时间除以胸腺嘧啶的保留时间。因此，小于一的值指示相比于胸腺嘧啶保留较小，并且大于一的值指示相比于苊保留较大(相对保留为HPLC领域公知的参数)。在这些测试条件下，具有周围材料的t-Boc保护的氨基丙基杂化颗粒9q对所有分析物均示出较低的保留时间。这预计是由于t-Boc基团的疏水性增大。去保护的氨基丙基周围杂化颗粒171导致保留性显著增大。

表27

实施例113

具有周围材料的多孔杂化颗粒的峰形评价

使用实施例27的流动相和测试条件，评价实施例9和17的多孔颗粒样品的USP峰拖尾因子。结果示于表28中。峰拖尾因子为HPLC领域公知的参数(较低值对应于拖尾减少)。显而易见的是，具有周围材料的多孔杂化颗粒具有与市售亲水作用色谱(HILIC)柱的碱性化合物得比相当的拖尾因子。

表28

实施例114

低pH色谱稳定性测试

使用以下过程，评价具有类似烷基甲硅烷基基团的得自实施例18、20和26的表面衍生化杂化多孔颗粒以及所选商业二氧化硅基柱(C₁₈型)在酸性流动相中的稳定性。通过将材料匀浆填充到2.1×50mm钢柱中来制备柱，并在以下仪器配置上进行测试：WatersACQUITY UPLC^TM系统用于溶剂递送、进样(1μL于5μL回路上，使用部分回路注射)，UV检测器(500nL流动池，吸光度：254nm)以及柱在60℃下加热。分析条件如下：1)测量测试分析物、对羟基苯甲酸甲酯(100μg/mL样品)的保留时间；2)流动相条件为：0.5％TFA水溶液，1.4mL/min流量和60℃的柱温；以及3)在相同的等度测试条件下，使用20分钟运行时间，61次重复注射。记录相对于第三次注射获得的保留，对羟基苯甲酸甲酯最终注射的保留时间百分比变化。结果示于表29。

显而易见的是，相对于商业包含二氧化硅基材料的柱，大多数包含具有周围材料的杂化颗粒的柱的寿命具有类似的化学稳定性(各个注射的初始保留的较低百分比损失对应于改善的化学稳定性)。

表29

实施例115

水解稳定性测试

使用以下过程，评价装填有实施例17、18、20、22和26的多孔杂化颗粒的柱以及某些比较柱的水解稳定性。使柱(3×30mm)在1:1乙腈/水中进行平衡(210分钟)，然后用尿嘧啶和癸酰苯来测试初始色谱性能(1:1乙腈/水；0.43mL/min)。然后，将柱在50℃下加热并用0.02N NaOH的水溶液处理(pH 12.3，0.85mL/min，60min)，接着用10:90甲醇/水冲洗之后用甲醇冲洗。通过用乙腈对柱进行平衡(50分钟)来以规定的间隔再评价色谱性能，随后用尿嘧啶和癸酰苯进行测试(1:1乙腈/水或0.1％甲酸于30:70甲醇/水中，0.43mL/min)。重复该过程并监测柱性能直至柱失效。柱失效定义为板数降至初始值的50％时或测试系统因高柱压而停止运转时的时间。这些测试的结果(包括最终记录的初始柱效率损失)显示于表30。比较柱A为市售的式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄的5μm多孔杂化颗粒，其被C₁₈H₃₇SiCl₃表面改性，之后进行封端。比较柱B(在三个独立的柱上重复)为式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄的3.5μm多孔杂化颗粒，其被CH₃(CH₂)₁₁NHCO₂(CH₂)₃Si(CH₃)₂Cl表面改性，之后进行封端。比较柱C为市售的3μm二氧化硅-芯颗粒，其被有机官能硅烷表面改性，之后被C18表面改性。比较柱D为市售的式(CH₃SiO_1.5)(SiO₂)₂的5μm多孔杂化颗粒，其被C₁₈H₃₇SiCl₃表面改性，之后进行封端。比较柱E为市售的5μm多孔二氧化硅颗粒，其被C₁₈H₃₇Si(CH₃)₂Cl表面改性，之后进行封端。

比较柱A和B(其基于实质上富含二氧化硅含量的混合式)在这些测试条件下暴露于0.02N NaOH在介于22-52小时之间而失效。混合柱E在暴露于0.02N NaOH 3小时之内失效。比较柱C和E(其基于二氧化硅基础颗粒)在这些测试条件下暴露于0.02N NaOH 3-5小时而失效。HPLC领域公知的是当二氧化硅基柱暴露于碱性溶液时柱失效而导致高柱压，这可由二氧化硅颗粒溶解引起，从而导致柱床塌陷。对于比较柱B，该填充床的塌陷由柱解剖和柱入口处10mm空隙的测量加以证实。

可以断定在这些测试条件下，得自实施例17、20和22的多孔杂化填充材料的耐久性相对于比较柱C、D和E有所改善，并且与比较柱A和B得比相当。

表30

实施例116

具有周围材料的周围多孔杂化颗粒与商业CIS柱的选择性比较

在pH 7和pH 3测试条件(2.1×100mm柱)下，评价得自实施例18和20的所选产物的色谱选择性差异。系统条件如同实验27所详述。流动相条件为：20mM K₂HPO₄/KH₂PO₄，pH7.00±0.02/甲醇(36/65v/v)或15.4mM甲酸铵，pH 3.0/乙腈(65/35v/v)；流速：0.25mL/min，温度：23℃；检测：254nm。pH 7受试分子包括尿嘧啶、普萘洛尔、对羟基苯甲酸丁酯、萘、邻苯二甲酸二丙酯、苊和阿米替林。pH 3受试分子包括尿嘧啶、芘磺酸、去郁敏、阿米替林、对羟基苯甲酸丁酯和甲苯。在pH 7和pH 3这两种测试条件下，获得市售C18柱(XBridgeC18，Waters Corporation)的保留时间的相关系数(R²)。选择性值由100(1-R²)^0.5计算，如表31所示。较低R2和较高选择性值指示这些测试条件下的较大选择性差异。可以断定在实施例18和20使用的条件下，杂化颗粒的表面改性在这些测试条件下提供不同的色谱选择性。

表31

实施例117

具有周围材料的包含氯甲基苯基的多孔杂化颗粒与哌嗪的反应

将得自实验18的包含氯甲基苯基的颗粒18w用哌嗪(Acros,Geel Belgium)在回流甲苯(110℃，HPLC级，Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)中进一步改性20小时。然后使反应冷却，并将材料过滤并相继用甲苯、1:1v/v丙酮/水以及丙酮(所有溶剂得自J.T.Baker)洗涤。随后，使产物在减压下于80℃干燥16小时。反应数据列于表32。哌嗪基基团(例如O_1.5Si(CH₂)₃OC(O)NHC₆H₄CH₂N(CH₂CH₂)₂NH)的表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异进行测定，如由元素分析测量的。

表32

实施例118

使用1,1’-羰基二咪唑使具有周围材料的包含丙醇的多孔杂化颗粒反应

将得自实施例17的包含丙醇的颗粒用1,1’-羰基二咪唑(CDI，Fluka,Buchs,Switzerland)于室温在甲苯(Tol，5mL/g，Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)中改性2小时，或于室温在二甲基甲酰胺(DMF，5mL/g，Aldrich)中改性20小时。将在甲苯中所进行的反应转移至过滤器设备中，并用甲苯彻底洗涤，然后再分散于甲苯中。然后添加十八烷基胺(ODA，Fluka)、辛基胺(OA，Aldrich)、4-氨基苯酚(AP，Aldrich)、三(羟甲基)甲胺(TRIS，Aldrich，在60℃下溶于DMF中)、或五氟苯胺(PFPA，Aldrich)并将反应再搅拌20小时。具体反应条件提供于表33。将产物过滤，并相继用丙酮、甲苯、水和/或DMF洗涤。随后，使材料在减压下于70℃干燥16小时。将产物35b和35c在50℃下于丙酮和1％三氟乙酸(Aldrich,Milwaukee,WI)溶液的1:1v/v混合物(10mL/g颗粒)中进一步加热，并将产物35f和35g在50℃下于丙酮和100mM碳酸氢铵(pH 8，Aldrich,Milwaukee,WI)的60:40v/v混合物中进一步加热20小时。然后使反应冷却，并将产物过滤并相继用丙酮和甲苯洗涤(70℃下加热)。随后，使产物在减压下于70℃干燥16小时。产物数据列于表33。通过对产物35d重复该过程获得产物35e。氨基甲酸酯基团的表面覆盖率通过表面改性之前和之后颗粒％C的差异来测定，如由元素分析测量的。

表33

实施例119

具有周围材料的杂化整料：

将式(O_1.5SiCH₂CH₂SiO_1.5)(SiO₂)₄的杂化无机/有机整料(其根据美国专利No.7,250,214中所述的方法制备)浸泡到甲苯(J.T.Baker,20mL/g)中并在氩气氛下回流3.5小时，以经由共沸蒸馏去氧并移除吸附的水。在冷却至室温之后，添加得自实施例1的POS Ic(0.8-1.6g/g)和去离子水(0.04-0.2mL/g)。用Dean-Stark分水器将反应在80℃下加热一小时并在110℃加热20小时，以除去残余的水。另选地，不采用Dean-Stark分水器从反应移除残余的水。使反应冷却至室温并用乙醇(无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)重复洗涤整料。

然后，将材料在50℃下于具有乙醇(3mL/g，无水，J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)、去离子水(7mL/g)和30％氢氧化铵(20g；J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)的悬浮液中加热4小时。随后使反应冷却，并将产物相继用水和甲醇(Fisher Scientific,Fairlawn,NJ)洗涤。使产物在减压下于80℃干燥16小时。

该种杂化无机/有机整料的材料周围化可使用得自实施例1的各种杂化无机/有机POS(la-lx)、得自实施例12的包含POS的纳米颗粒、或如实施例24所详述的包含POS的亚-1μm颗粒实施。也可使用得自实施例1的POS1y制备具有周围材料的二氧化硅杂化整料。该种杂化无机/有机整料的材料周围化可在反应器中，或在加压的溶剂和试剂流下于色谱设备(例如微孔管、提取柱、毛细管)之内进行，或者其可在停流条件下进行。该材料周围化可使用多种杂化整料进行，包括：详见于美国专利No.7,250,214的其它杂化整料；由包含0-99摩尔％二氧化硅(例如SiO₂)的一种或多种单体缩合制得的杂化整料；由聚结的多孔无机/有机颗粒制得的杂化整料(也详见于美国专利No.7,250,214)；具有在色谱上有增进作用的孔几何特征的杂化整料；不具有在色谱上有增进作用的孔几何特征的杂化整料；具有有序孔结构的杂化整料；具有非周期性孔结构的杂化整料；具有非晶态或无定形分子序态的杂化整料；具有结晶区域或结晶区的杂化整料；具有各种不同大孔和中孔特性的杂化整料；以及各种不同长径比的杂化整料。

实施例120

具有含周围材料的多孔杂化颗粒的杂化整料的形成：

将得自实施例8-11和实施例13-24的具有周围材料的杂化无机/有机颗粒与5μmSymmetry二氧化硅(Waters Corporation，0-50重量％)混合，得到6g总质量。使混合物分散在适当的溶剂(例如异丙醇/四氢呋喃混合物)中5分钟，然后采用高压液体装填泵，使用向下浆料技术匀浆填充到2.1×50mm HPLC柱中。在柱装填完成之后，释放压力并将端部装配的柱转移至色谱泵站(Waters 590HPLC泵或等同物)，随即用无水甲苯(J.T.Baker,0.2mL/min)冲洗柱，然后泵送(0.2mL/min)经甲苯预稀释的得自实施例1的POS Ic(0.8g/克颗粒混合物)和水(0.04mL/克颗粒混合物)的溶液。这些反应可使用较短(小于1小时)或延长的流动时间(小于72小时)来促使整料形成。在断开之前，使柱压下降30分钟。使柱在化学通风柜的气流中保持开盖5-18小时，转移至65℃对流烘箱28小时，然后冷却至室温。在从柱排出并于室温真空干燥最少8小时的样品上进行这些杂化整料分析(SSA，SPV，APD，％C，SEM，压汞法)。

该种杂化无机/有机颗粒的整料形成使用得自实施例1的各种杂化无机/有机POS(1a-1x)、得自实施例12的包含POS的纳米颗粒、或如实施例24所详述的包含POS的亚-1μm颗粒实施。为了增大该整料的大孔体积，可通过用氢氧化钠或三甲胺水溶液清洗柱来移除二氧化硅模板。另选地，二氧化硅颗粒可用适当尺寸的聚苯乙烯乳胶替代。对于该可选的整料体系，必须采用不使聚苯乙烯乳胶溶胀或溶解的溶剂(例如极性质子溶剂，或泵送的存在或不存在附加水的得自实施例1的POS)。在聚结的杂化颗粒整料形成时，聚苯乙烯颗粒可经热方式移除或通过用甲苯清洗柱移除。热移除聚苯乙烯可借助于惰性气氛吹扫(氮气或氩气)或使用真空。

实施例121

周围杂化整料的水热处理

将得自实施例36或37的整料与0.3M三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS，AldrichChemical,Milwaukee,WI)水溶液以5mL/g的浓度混合，并用乙酸(J.T.Baker,Phillipsburgh,NJ)将pH调节至9.8。将整料封闭于不锈钢高压釜中并加热至155℃保持20小时。在高压釜冷却至室温之后，用水和甲醇(Fisher Scientific,Suwanee,GA)洗涤产物并于80℃真空干燥16小时。以该方式制备的产物具有在色谱上有增进作用的孔几何特征。

实施例122

周围杂化整料的表面改性

将得自实施例36、37或38的整料用1摩尔盐酸溶液(Aldrich,Milwaukee,WI)在98℃下处理20h。在冷却之后，将产物用水洗涤至中性pH，然后用丙酮(HPLC级，FisherScientific,Fairlawn,N.J.)洗涤。将整料于80℃真空干燥16h。可使这些周围杂化整料的表面硅烷醇基团以如实施例20-22所示的类似方式通过与氯硅烷反应进行改性。可使包含表面羟丙基的杂化整料以如实施例18-19所示的类似方式通过与异氰酸酯反应进行改性。合成上相关的杂化基团的其它转化在美国专利No.7,250,214中有所报道。在色谱柱中制备的具有周围材料的经表面改性杂化整料的色谱评价可以如实施例27-30所详述的类似方式进行。化学稳定性测试也可如实施例31-32所详述的那样进行。

实施例123

键合的杂化颗粒与异氰酸酯的反应

根据实施例26的过程，使产物25g和25h与异氰酸十八烷酯反应，然后用三甲基氯硅烷封端。产物数据示于表34。

表34

实施例124

键合的杂化颗粒与异氰酸酯的反应

根据实施例26的一般过程，使产物25a-h与异氰酸4-氰基苯酯、异氰酸3-氰基苯酯、或异氰酸2-氰基苯酯反应。实施得自实施例18的A、B、或C型水解。可将该方式制备的产物封端，或者使用该产物而无需任何进一步转化。

等同物

本领域技术人员应认识到或者能够采用不超过常规实验来确定在本文所述的本发明具体实施方案的多种等同物。此类等同物旨在被本发明涵盖。

通过引用并入

本文中指定的所有出版物、专利申请和专利均明确地全文以引用方式并入本文。

Claims

1.一种表面多孔材料，所述表面多孔材料包含涂布的芯以及围绕所述涂布的芯的一个或多个多孔壳材料层，其中所述涂布的芯包含涂布有芯涂布材料的基本上无孔芯材料。

2.根据权利要求1所述的表面多孔材料，其中所述材料由表面多孔颗粒构成。

3.根据权利要求1所述的表面多孔材料，其中所述材料为表面多孔整料。

4.根据权利要求2所述的表面多孔材料，其中所述材料具有基本上窄颗粒尺寸分布。

5.根据权利要求2所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料具有基本上窄颗粒尺寸分布。

6.根据权利要求2所述的表面多孔材料，其中颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.55。

7.根据权利要求6所述的表面多孔材料，其中所述颗粒尺寸的90/10比率为1.00-1.10。

8.根据权利要求7所述的表面多孔材料，其中所述颗粒尺寸的90/10比率为1.05-1.10。

9.根据权利要求6所述的表面多孔材料，其中所述颗粒尺寸的90/10比率为1.10-1.55。

10.根据权利要求9所述的表面多孔材料，其中所述颗粒尺寸的90/10比率为1.10-1.50。

11.根据权利要求10所述的表面多孔材料，其中所述颗粒尺寸的90/10比率为1.30-1.45。

12.根据权利要求1所述的表面多孔材料，其中所述材料具有在色谱上有增进作用的孔几何特征。

13.根据权利要求12所述的表面多孔材料，其中所述材料具有微孔小群体。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为二氧化硅。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为用芯涂布材料涂布并随后用无机/有机杂化材料涂布的二氧化硅。

16.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为磁性芯材料。

17.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为具有芯涂布材料并随后用二氧化硅涂布的磁性芯材料。

18.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为高热导率芯材料。

19.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为用芯涂布材料涂布并随后用二氧化硅涂布的高热导率芯材料。

20.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为复合材料。

21.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为具有芯涂布材料并随后用无机/有机杂化材料涂布的复合材料。

22.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为具有芯涂布材料并随后用二氧化硅涂布的复合材料。

23.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为用芯涂布材料涂布并随后用无机/有机杂化材料涂布的磁性芯材料。

24.根据权利要求1至13中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为用芯涂布材料涂布并随后用无机/有机杂化材料涂布的高热导率芯材料。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的表面多孔材料，其中复合材料包含磁性添加剂材料或高热添加剂或它们的组合。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳材料为二氧化硅。

27.根据权利要求1至25中任一项所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳材料为复合材料。

28.根据权利要求1至25中任一项所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳材料为无机/有机杂化材料。

29.根据权利要求1至25中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料包含超过一个多孔壳材料层，其中各个层独立地选自无机/有机杂化材料、二氧化硅、复合材料或它们的混合物。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为复合材料，并且所述多孔壳材料为二氧化硅。

31.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为复合材料，并且所述多孔壳材料为无机/有机杂化材料。

32.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为复合材料，并且所述多孔壳材料为复合材料。

33.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为二氧化硅，并且所述多孔壳材料为复合材料。

34.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为二氧化硅，并且所述多孔壳材料为无机/有机杂化材料。

35.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为磁性芯材料，并且所述多孔壳材料为二氧化硅。

36.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为磁性芯材料，并且所述多孔壳材料为无机/有机杂化材料。

37.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为磁性芯材料，并且所述多孔壳材料为复合材料。

38.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为高热导率芯材料，并且所述多孔壳材料为二氧化硅。

39.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为高热导率芯材料，并且所述多孔壳材料为无机/有机杂化材料。

40.根据权利要求1至29中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯为高热导率芯材料，并且所述多孔壳材料为复合材料。

41.根据权利要求1至40中任一项所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机杂化材料具有式：

(SiO₂)_d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)_m] (I)

其中，

p和q各自独立地为0.0至3.0，

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R¹和R²被任选地取代；前提条件是：

(1)当R²不存在时，m＝1，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R²存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

42.根据权利要求1至40中任一项所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机杂化材料具有式：

(SiO₂)d/[(R)_p(R¹)_qSiO_t] (II)

其中，

d为0至约30；

p和q各自独立地为0.0至3.0，前提条件是当p+q＝l时，则t＝1.5；当p+q＝2时，则t＝1；或者当p+q＝3时，则t＝0.5。

43.根据权利要求1至40中任一项所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机杂化材料具有式：

(SiO₂)_d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (III)

其中，

d为0至约30；

m为1-20的整数。

44.根据权利要求1至40中任一项所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机杂化材料具有式：

(A)_x(B)_y(C)_z (IV)

其中重复单元A、B和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；A为经由有机键共价键合到一个或多个重复单元A或B的有机重复单元；B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或C且可经由有机键进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元；C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或C的无机重复单元；x和y为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1，在某些实施方案中，z＝0，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。

45.根据权利要求1至40中任一项所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机杂化材料具有式：

(A)_x(B)_y(B*)_y*(C)_z (V)

其中重复单元A、B、B*和C的次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；A为经由有机键共价键合到一个或多个重复单元A或B的有机重复单元；B为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C并可经由有机键而进一步键合到一个或多个重复单元A或B的有机硅氧烷重复单元，B*为经由无机硅氧烷键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的有机硅氧烷重复单元，其中B*为不具有反应性(即可聚合的)有机组分且可进一步具有可在聚合后去保护的受保护官能团的有机硅氧烷重复单元；C为经由无机键而键合到一个或多个重复单元B或B*或C的无机重复单元；x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中x+y+z＝1，在某些实施方案中，当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

46.根据权利要求1至45中任一项所述的表面多孔材料，其中所述表面多孔材料为包含磁性添加剂材料的复合材料。

47.根据权利要求46所述的表面多孔材料，其中所述磁性材料在室温下具有大于15emu/g的质量磁化率。

48.根据权利要求46所述的表面多孔材料，其中所述磁性材料为铁磁材料。

49.根据权利要求46所述的表面多孔材料，其中所述磁性材料为亚铁磁材料。

50.根据权利要求46所述的表面多孔材料，其中所述磁性添加剂材料为磁铁矿；磁赤铁矿；钇铁石榴石；钴；CrO₂；包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体；或它们的组合。

51.根据权利要求1至50中任一项所述的表面多孔材料，其中所述磁性芯材料在室温下具有大于15emu/g的质量磁化率。

52.根据权利要求51所述的表面多孔材料，其中所述磁性材料为铁磁材料。

53.根据权利要求51所述的表面多孔材料，其中所述磁性材料为亚铁磁材料。

54.根据权利要求51所述的表面多孔材料，其中所述磁性添加剂材料为磁铁矿；磁赤铁矿；钇铁石榴石；钴；CrO₂；包含铁和Al、Mg、Ni、Zn、Mn或Co的铁氧体；或它们的组合。

55.根据权利要求1至54中任一项所述的表面多孔材料，其中所述复合材料包含高热导率添加剂。

56.根据权利要求55所述的表面多孔材料，其中所述高热导率添加剂为结晶或无定形碳化硅、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。

57.根据权利要求56所述的表面多孔材料，其中所述高热导率添加剂为金刚石。

58.根据权利要求1至57中任一项所述的表面多孔材料，其中所述高热导率芯材料为结晶或无定形碳化硅、铝、金、银、铁、铜、钛、铌、金刚石、铈、碳、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、或它们的氧化物或氮化物、或它们的组合。

59.根据权利要求58所述的表面多孔材料，其中所述高热导率芯材料为金刚石。

60.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有高度球形芯形态。

61.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有棒形芯形态。

62.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有弯曲棒形芯形态。

63.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有环形芯形态。

64.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有哑铃形芯形态。

65.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料具有高度球形、棒形、弯曲棒形、环形或哑铃形芯形态的混合物。

66.根据权利要求1至59中任一项所述的表面多孔材料，其中所述基本上无孔芯材料为二氧化硅；所述多孔壳材料为二氧化硅；并且所述材料具有棒形、弯曲棒形、环形或哑铃形芯形态或它们的混合物。

67.根据权利要求1至66中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料具有比相同尺寸的完全多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。

68.根据权利要求1至66中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料具有比所述相同尺寸的表面多孔二氧化硅颗粒显著更高的热导率。

69.根据权利要求1至68中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料相比于所述相同尺寸的完全多孔二氧化硅颗粒能够形成具有渗透性改善的填充床。

70.根据权利要求1至68中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料相比于所述相同尺寸的表面多孔二氧化硅颗粒能够形成具有渗透性改善的填充床。

71.根据权利要求1至70中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料具有相比于所述相同尺寸的未粘合的完全多孔二氧化硅颗粒对高pH流动相改善的化学稳定性。

72.根据权利要求1至70中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料具有相比于所述相同尺寸的未粘合的表面多孔二氧化硅颗粒对高pH流动相改善的化学稳定性。

73.根据权利要求1至72中任一项所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳层的厚度独立地为0.05μm至5μm，如垂直于所述涂布的芯的表面测量的。

74.根据权利要求73所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳层的厚度独立地为0.06μm至1μm，如垂直于所述涂布的芯的所述表面测量的。

75.根据权利要求73所述的表面多孔材料，其中所述多孔壳层的厚度独立地为0.20μm至0.70μm，如垂直于所述涂布的芯的所述表面测量的。

76.根据权利要求1至75中任一项所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有0.5-10μm的颗粒尺寸。

77.根据权利要求76所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有0.8-5.0μm的颗粒尺寸。

78.根据权利要求77所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有1.3-3.0μm的颗粒尺寸。

79.根据权利要求1至78中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料的平均颗粒尺寸介于0.8-20.0μm之间。

80.根据权利要求79所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述平均颗粒尺寸介于1.1-5.0μm之间。

81.根据权利要求80所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述平均颗粒尺寸介于1.3-2.9μm之间。

82.根据权利要求1至80中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料的孔具有约的平均直径。

83.根据权利要求82所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述孔具有约的平均直径。

84.根据权利要求83所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述孔具有约的平均直径。

85.根据权利要求84所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述孔具有约的平均直径。

86.根据权利要求1至85中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料的平均孔体积为约0.09-0.80cm³/g。

87.根据权利要求86所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述平均孔体积为约0.11-0.45cm³/g。

88.根据权利要求87所述的表面多孔材料，其中所述材料的所述平均孔体积为约0.17-0.30cm³/g。

89.根据权利要求1至88中任一项所述的表面多孔材料，其中所述材料的孔表面积介于约10m²/g和600m²/g之间。

90.根据权利要求89所述的表面多孔材料，其中所述材料的孔表面积介于约15m²/g和300m²/g之间。

91.根据权利要求90所述的表面多孔材料，其中所述材料的孔表面积介于约60m²/g和200m²/g之间。

92.根据权利要求1至91中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料已被进一步表面改性。

93.根据权利要求1至92中任一项所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料已通过以下方式被进一步表面改性：

涂布聚合物；

涂布聚合物，有机基团和硅烷醇基团改性的组合；

有机基团改性和涂布聚合物的组合；

硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合；

在材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键；或者

有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合。

94.根据权利要求1至93中任一项所述的表面多孔材料，其中所述表面多孔材料具有平滑表面。

95.根据权利要求1至94所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料由增强选自以下的一种或多种特征的材料构成：色谱选择性、颗粒化学稳定性、柱效率、以及机械强度。

96.根据权利要求95所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料由提供色谱分离优点的材料构成。

97.根据权利要求95所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料由提供亲水/亲油平衡(HLB)、表面电荷(例如等电点或硅烷醇pKa)、和/或表面功能性变化以增强色谱分离的材料构成。

98.根据权利要求1至97所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料为无机材料；有机材料；或无机/有机杂化材料。

99.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯来源于：

使一种或多种聚合物有机官能金属前体和/或聚合物金属氧化物前体在所述芯的所述表面上缩合，或者

将部分缩合的聚合物有机官能金属前体、两种或更多种聚合物有机官能金属前体的混合物、或一种或多种聚合物有机官能金属前体与聚合物金属氧化物前体的混合物施加于所述芯的所述表面上。

100.根据权利要求1至99所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的无机部分选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、或氧化锆、以及陶瓷材料。

101.根据权利要求1至100所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的所述无机部分为二氧化硅。

102.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯来源于：

使一种或多种有机官能硅烷和/或四烷氧基硅烷在所述芯的所述表面上缩合，或者

将部分缩合的有机官能硅烷、两种或更多种有机官能硅烷的混合物、或一种或多种有机官能硅烷与四烷氧基硅烷的混合物施加于所述芯的所述表面上。

103.根据权利要求1至102所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的杂化物含量的范围为约0-100摩尔％杂化物。

104.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料独立地选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆以及陶瓷材料。

105.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料为二氧化硅。

106.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的结构包括共聚物结构。

107.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料包括具有无机部分和有机部分的无机/有机杂化材料。

108.根据权利要求107所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的所述无机部分以约0摩尔％至不超过约25摩尔％范围内的量存在。

109.根据权利要求107所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的所述无机部分以约25摩尔％至不超过约50摩尔％范围内的量存在。

110.根据权利要求1067所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的无机部分独立地选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、氧化锆以及陶瓷材料。

111.根据权利要求109所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料包含约0摩尔％至不超过约25摩尔％范围内的量的SiO₂。

112.根据权利要求109所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料包含约25摩尔％至不超过约50摩尔％范围内的量的SiO₂。

113.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料包括式I的材料：

(SiO₂)d/[R²((R)_p(R¹)_qSiO_t)_m]； (I)

其中，

p和q各自独立地为0.0至3.0；

t为0.5、1.0、或1.5；

d为0至约30；

m为1-20的整数；其中R、R¹和R²被任选地取代；前提条件是：

(1)当R²不存在时，m＝1，并且当0<p+q≤3时，以及

(2)当R²存在时，m＝2-20，并且当p+q≤2时，

114.根据权利要求113所述的表面多孔材料，其中R²不存在。

115.根据权利要求113所述的表面多孔材料，其中R²存在。

116.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料包括式II的材料：

(SiO₂)_d/[(R)_p(R¹)_qSiO_t] (II)；

其中，

d为0至约30；

117.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料包括式III的材料：

(SiO₂)_d/[R²((R¹)_rSiO_t)_m] (III)；

其中，

d为0至约30；

m为1-20的整数。

118.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料包括式IV的材料：

(A)_x(B)_y(C)_z(IV)，

其中重复单元A、B和C的所述次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；

x和y为正数，并且z为非负数，其中

当z＝0时，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。

119.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述无机/有机周围材料包括式V的材料：

(A)_x(B)_y(B*)_y*(C)z(V)，

其中重复单元A、B、B*和C的所述次序可为无规、嵌段、或无规与嵌段的组合；

x、y和y*为正数，并且z为非负数，其中

当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210。

120.根据权利要求1至98所述的表面多孔材料，其中所述无孔芯和/或所述芯涂布材料为包含有序区域的杂化无机/有机材料，具有下式IV、V或VI：

(A)_x(B)_y(C)_z (式IV)

x、y为正数，并且z为非负数，其中

当z＝0时，则0.002≤x/y≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210；

(Α)_x(Β)_y(Β*)_y*(C)_z (式V)

x、y为正数，并且z为非负数，其中

当z＝0时，则0.002≤x/(y+y*)≤210，并且当z≠0时，则0.0003≤(y+y*)/z≤500且0.002≤x/(y+y*+z)≤210；或

[A]_y[B]_x (式VI)，

其中x，y和y*为完整数，并且A为

SiO₂/(R¹ _pR² _qSiO_t)_n或SiO₂/[R³(R¹ _rSiO_t)_m]_n；

B为：

SiO₂/(R⁴ _vSiO_t)_n

其中所述式VI的材料具有内部区域和外部表面，并且所述材料的所述内部区域具有由A表示的组分；所述材料的所述外部表面具有由A和B表示的组分，并且其中所述外部组分为介于约1至约99％之间的B组分和包含A的其余部分。

121.根据权利要求119所述的表面多孔材料，其中所观察的式IV、V或VI的所述材料的衍射峰最大值表现出的2θ位置排除由与无定形材料相关联的原子程次序所致的衍射峰。

122.根据权利要求119所述的表面多孔材料，其中式IV、V或VI的所述芯涂布材料的所述无机部分选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、或氧化锆、以及陶瓷材料。

123.根据权利要求122所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的所述无机部分为二氧化硅。

124.根据权利要求119所述的表面多孔材料，其中所述芯涂布材料的有序区域的质量百分比的范围为约1％至约100％。

125.根据权利要求1至124所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有约2至1100m²/g的表面积。

126.根据权利要求125所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有约2至100m²/g的表面积。

127.根据权利要求126所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有约2至50m²/g的表面积。

128.根据权利要求127所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有小于约10cm²/g的孔体积。

129.根据权利要求1至128所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有约0.1μm至约300μm的平均尺寸。

130.根据权利要求129所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯具有约0.1μm至约30μm的平均尺寸。

131.根据权利要求1至130所述的表面多孔材料，其中芯涂布材料在所述涂布的芯上的涂层具有约0.001nm至约200nm的平均厚度。

132.根据权利要求131所述的表面多孔材料，其中芯涂布材料在所述涂布的芯上的所述涂层具有约0.01nm至约100nm的平均厚度。

133.根据权利要求132所述的表面多孔材料，其中芯涂布材料在所述涂布的芯上的所述涂层具有约0.1nm至约50nm的平均厚度。

134.根据权利要求1至133所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯在约1至约14的pH下为水解稳定的。

135.根据权利要求134所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯在约10至约14的pH下为水解稳定的。

136.根据权利要求134所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯在约1至约5的pH下为水解稳定的。

137.根据权利要求1至136所述的表面多孔材料，其中所述有机含量为约10％至约40％碳。

138.根据权利要求137所述的表面多孔材料，其中所述有机含量为约25％至约40％碳。

139.根据权利要求138所述的表面多孔材料，其中所述有机含量为约15％至约35％碳。

140.根据权利要求139所述的表面多孔材料，其中所述有机含量为约25％至约35％碳。

141.根据权利要求41、42、43、113、116或117所述的表面多孔材料，其中R¹为C₁-C₁₈烷氧基、C₁-C₁₈烷基、或C₁-C₁₈烷基。

142.根据权利要求41、42、43、113、116或117所述的表面多孔材料，其中R²为C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、或C₁-C₁₈杂芳基。

143.根据权利要求41、42、43、113、116或117所述的表面多孔材料，其中p为0，q为0，t为1.5，m为2，并且R²为C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、或C₁-C₁₈杂芳基；并且其中每个R²与两个或更多个硅原子连接。

144.根据权利要求143所述的表面多孔材料，其中d为0。

145.根据权利要求143所述的表面多孔材料，其中d为0.11。

146.根据权利要求143所述的表面多孔材料，其中d为0.33。

147.根据权利要求143所述的表面多孔材料，其中d为0.83。

148.根据权利要求41、42、43、113、116或117所述的表面多孔材料，其中d为0，q为0，并且R²为C₁-C₁₈烷基、C₂-C₁₈烯基、C₂-C₁₈炔基、C₃-C₁₈环烷基、C₁-C₁₈杂环烷基、C₅-C₁₈芳基、或C₁-C₁₈杂芳基；并且其中每个R²与两个或更多个硅原子连接。

149.根据权利要求148所述的表面多孔材料，其中p为0、1、或2。

150.根据权利要求148所述的表面多孔材料，其中t为1.0或1.5。

151.根据权利要求148所述的表面多孔材料，其中m为1或2。

152.根据权利要求1至151所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被具有式Za(R’)_bSi-R”的表面改性剂表面改性，其中Z＝Cl，Br，I，C₁-C₅烷氧基，二烷基氨基或三氟甲磺酸酯；a和b各自为0至3的整数，前提条件是a+b＝3；R’为C₁-C₆直链、环状或支链烷基基团，并且R”为官能化基团。

153.根据权利要求1至151所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过涂布聚合物表面改性。

154.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中R’选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基和环己基。

155.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中所述官能化基团R”选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、包含嵌入极性官能团和手性部分的烷基或芳基基团。

156.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中所述官能化基团R”为C₁-C₃₀烷基基团。

157.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中所述官能化基团R”包含手性部分。

158.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中所述官能化基团R”为C₁-C₂₀烷基基团。

159.根据权利要求152所述的表面多孔材料，其中所述表面改性剂选自辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷和十八烷基二甲基氯硅烷。

160.根据权利要求159所述的表面多孔材料，其中所述表面改性剂选自辛基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷。

161.根据权利要求1至160所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合表面改性。

162.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过有机基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。

163.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述有机基团包括手性部分。

164.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。

165.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被经由在所述材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键表面改性。

166.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂布聚合物的组合表面改性。

167.根据权利要求161所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过硅烷醇基团改性表面改性。

168.根据权利要求1至167所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过有机基团改性表面改性。

169.根据权利要求168所述的表面多孔材料，其中所述涂布的芯已被通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合表面改性。

170.根据权利要求1至160所述的表面多孔材料，所述表面多孔材料还包含分散在所述材料内的纳米颗粒。

171.根据权利要求170所述的表面多孔材料，其中纳米颗粒为超过一种纳米颗粒的混合物。

172.根据权利要求170所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒以按所述纳米复合材料的重量计<20％存在。

173.根据权利要求170所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒以按所述纳米复合材料的重量计<5％存在。

174.根据权利要求170所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒为结晶或无定形的。

175.根据权利要求170或171所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒为包含选自以下的一种或多种部分的物质：碳化硅、铝、金刚石、铈、炭黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、它们的氧化物、以及它们的氮化物。

176.根据权利要求175所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒为包含选自以下的一种或多种部分的物质：纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛、立方氮化硼。

177.根据权利要求170或171所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒的直径小于或等于200μm。

178.根据权利要求170或171所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒的直径小于或等于100μm。

179.根据权利要求170或171所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒的直径小于或等于50μm。

180.根据权利要求170或171所述的表面多孔材料，其中所述纳米颗粒的直径小于或等于20μm。

181.一种无机/有机杂化颗粒，所述无机/有机杂化颗粒包含无机/有机杂化颗粒芯和芯涂布材料，其中所述颗粒具有式

(Y(CH2)nSiO1.5)x(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)y(SiO2)z，其中：

每个Y独立地为-OH、-NH2、-NR2、-NR2R’+、SH、S(O)0-2R、S(O)0-2O-、C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基、或C1-C18杂芳基芳基、C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基、或C1-C18杂芳基；

每个R和R’独立地为C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基、或C1-C18杂芳基；

n为0至18；并且

182.一种用于制备表面多孔材料的方法，所述方法包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；

b.)用芯涂布材料涂布所述芯材料，以形成涂布的芯材料；以及

c.)向所述涂布的芯材料施加一个或多个多孔壳材料层，

以形成表面多孔材料。

183.根据权利要求182所述的制备表面多孔材料的方法，所述方法还包括以下步骤：

d.)对所述表面多孔材料的一个或多个特性进行优化。

184.根据权利要求182至183中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中基本上无孔芯材料为：二氧化硅；涂布有无机/有机杂化周围材料的二氧化硅；磁性芯材料；涂布有二氧化硅的磁性芯材料；高热导率芯材料；涂布有二氧化硅的高热导率芯材料；复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的复合材料；涂布有二氧化硅的复合材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的磁性芯材料；涂布有无机/有机杂化周围材料的高热导率芯材料；无机芯材料；或涂布有另一种无机材料的无机芯材料。

185.根据权利要求184所述的制备表面多孔材料的方法，其中基本上无孔芯材料为复合材料，并且所述复合材料包含磁性添加剂材料、高热导率添加剂材料或它们的混合物。

186.根据权利要求184所述的制备表面多孔材料的方法，其中基本上无孔芯材料包括涂布的或未经涂布的颗粒。

187.根据权利要求186所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述颗粒为金刚石。

188.根据权利要求186所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述颗粒为磁铁矿。

189.根据权利要求184所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述基本上无孔芯材料为具有高度球形颗粒形态的二氧化硅，并且其中多孔壳材料的每个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔复合材料或它们的混合物。

190.根据权利要求182至189中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中多孔壳材料的每个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔二氧化硅、多孔复合材料或它们的混合物。

191.根据权利要求182至190中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用溶胶、高分子电解质或可化学降解聚合物施加多孔壳材料的各个层，其中：

a)所述溶胶为无机溶胶、杂化溶胶、纳米颗粒、或它们的混合物，

b)使用化学提取、降解、或在小于600℃的温度下热处理、或它们的组合，从所述材料移除所述高分子电解质或可化学降解聚合物。

192.根据权利要求182至191中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中多孔壳材料的各个层通过可离子化基团的静电或酸/碱相互作用形成来施加，包括以下步骤：

a)使所述基本上无孔芯与具有可离子化基团的烷氧基硅烷预粘合，

b)用溶胶处理所述基本上无孔芯，所述溶胶为无机、杂化、纳米颗粒、或它们的混合物，已预粘合有具有与所述芯的所述表面上的所述可离子化基团的电荷相反的可离子化基团的烷氧基硅烷；以及

c)用溶胶在所述材料上形成附加层，所述溶胶为无机、杂化、纳米颗粒、或它们的混合物，已预粘合有具有与前层的所述可离子化基团的电荷相反的可离子化基团的烷氧基硅烷。

193.根据权利要求191所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述基本上无孔芯或溶胶的所述预粘合包括用酸或碱、或带电高分子电解质洗涤。

194.根据权利要求191所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述基本上无孔芯或溶胶的所述预粘合包括可用的杂化有机基团的化学转化。

195.根据权利要求194所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述可用的杂化有机基团为芳族基团，所述芳族基团可发生磺化、硝化、胺化、或氯甲基化，之后氧化或被含胺基团亲核取代，以形成可离子化基团。

196.根据权利要求194所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述可用的杂化有机基团为烯烃基团，所述烯烃基团可发生氧化、交叉复分解、或聚合，以形成可离子化基团。

197.根据权利要求194所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述可用的杂化有机基团为硫醇基团，所述硫醇基团可发生氧化、自由基加成、亲核取代、或聚合，以形成可离子化基团。

198.根据权利要求182至198中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述基本上无孔芯或溶胶的所述预粘合包括与公式1的具有可离子化基团的烷氧基硅烷键合，

R(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式1)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团；

m为2-6。

199.根据权利要求182至198中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述基本上无孔芯或溶胶的所述预粘合包括与公式2的具有可离子化基团的烷氧基硅烷键合，

A(CH₂)_nSi(Y)_3-x(R’)_x (公式2)

其中n＝1-30，有利地2-3；

x为0-3；有利地0；

R’独立地表示烷基、支链烷基、芳基、或环烷基基团。

200.根据权利要求182至199中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用高分子电解质或可化学降解聚合物施加多孔壳材料的各个层。

201.根据权利要求200所述的方法，其中使用化学提取、降解、或在小于600℃的温度下热处理、或它们的组合，从所述材料移除所述高分子电解质或可化学降解聚合物。

202.根据权利要求172至201中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、纳米颗粒、聚有机烷氧基硅氧烷、或它们的组合来施加多孔壳材料的各个层，包括以下步骤：

a)在包含乙醇、水和氢氧化铵并任选地包含非离子表面活性剂、离子表面活性剂、高分子电解质或聚合物的反应混合物中，使硅氧烷前体缩合在所述基本上无孔芯上，以形成多孔壳材料；以及

203.根据权利要求201所述的制备表面多孔材料的方法，其中使烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、纳米颗粒、聚有机烷氧基硅氧烷、或它们的组合在包含以下项的溶液中缩合于所述基本上无孔芯上：

乙醇、水、或氢氧化铵、或它们的组合；

离子表面活性剂；

以及非离子面活性剂。

204.根据权利要求203所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述离子表面活性剂为C₁₀-C₃₀N(R)₃ ⁺X^-，其中R为甲基、乙基、丙基、烷基、氟代烷基；X为卤素、氢氧根离子、或R’SO₃ ^-或R’CO₂ ^-形式，其中R’为甲基、乙基、丁基、丙基、异丙基、叔丁基、芳基、甲苯基、卤代烷基或氟代烷基基团。

205.根据权利要求204所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述离子表面活性剂为十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、或十二烷基三甲基氯化铵。

206.根据权利要求182至205中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中离子表面活性剂的浓度在反应溶液中维持介于5-17mM之间。

207.根据权利要求206所述的制备表面多孔材料的方法，其中离子表面活性剂的所述浓度在所述反应溶液中维持介于8-14mM之间。

208.根据权利要求182至207中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述非离子表面活性剂为二嵌段或三嵌段共聚物。

209.根据权利要求208所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述共聚物为(PEO)x(PPO)y(PEO)x，

其中

PEO为聚环氧乙烷重复单元，

PPO为聚环氧丙烷重复单元，

x为介于5-106之间的整数，

y为介于30-85之间的整数。

210.根据权利要求209所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述三嵌段共聚物为P123，具有(PEO)₂₀(PPO)₇₀(PEO)₂₀。

211.根据权利要求182至210中任一项所述的方法，其中使烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合在包含以下项的溶液中缩合于所述基本上无孔芯上：

乙醇、水、氢氧化铵或它们的组合；

十八烷基三甲基溴化铵；以及

P123。

212.根据权利要求182至211中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用的所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

213.根据权利要求182至212中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述有机硅氧烷选自苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,1-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,1-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；或1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯。

214.根据权利要求182至213中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用的所述烷氧基硅烷为四乙氧基硅烷，并且使用的所述有机烷氧基硅烷为1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。

215.根据权利要求182至214中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中十八烷基三甲基溴化铵的浓度维持介于8-14mM之间。

216.根据权利要求182至215中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使十八烷基三甲基溴化铵与P123的摩尔比维持于1.30或1.30以上。

217.根据权利要求182至216中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中烷氧基硅烷与有机烷氧基硅烷的摩尔比的范围介于30:1至1:30。

218.根据权利要求182至217中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合在乙醇中预稀释。

219.根据权利要求182至218中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以缓慢且恒定的速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

220.根据权利要求182至219中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以介于5-500μL/min之间的速率添加。

221.根据权利要求182至220中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液以缓慢且恒定速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

222.根据权利要求182至221中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将包含乙醇、水、氢氧化铵、离子表面活性剂和非离子表面活性剂的第二溶液在介于维持颗粒表面积(m²)与反应体积的均一比率所需的速率至维持颗粒体积(m³)与反应体积的均一比率所需的速率之间的范围内添加。

223.根据权利要求182至222中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述表面活性剂混合物通过以下项中的一者或多者来移除：采用酸、水、或有机溶剂提取；臭氧分解处理、<600℃热处理、或介于500-1200℃之间的热处理。

224.根据权利要求223中所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述表面活性剂混合物通过酸提取和臭氧分解处理的组合移除。

225.根据权利要求182至224中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、纳米颗粒、聚有机烷氧基硅氧烷、或它们的组合来施加多孔壳材料的各个层，包括以下步骤：

a)在包含乙醇、水或氢氧化铵的反应混合物中，使硅氧烷前体缩合在所述基本上无孔芯上，以形成无孔杂化无机/有机壳材料；以及

226.根据权利要求225所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用的所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

227.根据权利要求226所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述有机硅氧烷被选择为以下组中的一者或多者：苯基三乙氧基硅烷；苯基三甲氧基硅烷；苯乙基三乙氧基硅烷；苯乙基三甲氧基硅烷；乙基三乙氧基硅烷；乙基三甲氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；甲基三甲氧基硅烷，二乙基二乙氧基硅烷；二乙基二甲氧基硅烷，1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯；1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯；1,8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷；1,8-双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,2-双(甲基二甲氧基甲硅烷基)乙烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；巯基丙基三甲氧基硅烷；巯基丙基三乙氧基硅烷；1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯；1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烯；1,l-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷；1,l-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷；1,4-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；1,4-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯；1,3-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯；或1,3-双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷，以及十二烷基三乙氧基硅烷。

228.根据权利要求227所述的制备表面多孔材料的方法，其中使用的所述烷氧基硅烷为四乙氧基硅烷，并且使用的所述有机烷氧基硅烷为十八烷基三甲氧基硅烷。

229.根据权利要求225至228中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将所述烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合在乙醇中预稀释。

230.根据权利要求229所述的制备表面多孔材料的方法，其中将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以缓慢且恒定的速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

231.根据权利要求229所述的制备表面多孔材料的方法，其中将烷氧基硅烷、有机烷氧基硅烷、或它们的组合的预稀释乙醇溶液以介于5-500μL/min之间的速率添加。

232.根据权利要求225至231中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中将包含乙醇、水、以及氢氧化铵的第二溶液以缓慢且恒定速率添加，以防止细粒产生、聚集和附聚。

233.根据权利要求235所述的制备表面多孔材料的方法，其中将包含乙醇、水和氢氧化铵的第二溶液在介于维持颗粒表面积(m²)与反应体积的均一比率所需的速率至维持颗粒体积(m³)与反应体积的均一比率所需的速率之间的范围内添加。

234.根据权利要求225至233中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中孔隙度通过以下项中的一者或多者，通过提取、降解、水解、去保护、或杂化基团转化而引入：采用酸、水、或有机溶剂提取；

臭氧分解处理、<600℃热处理、或介于500-1200℃之间的热处理。

235.根据权利要求225至234中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中孔隙度通过酸提取、臭氧分解处理和/或<600℃热处理的组合，通过提取、降解、水解、去保护、或杂化基团转化而引入。

236.根据权利要求182至225中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中各个层使用式XX的混合物来施加：

(D)_d(E)_e(F)_f (式XX)

其中，

a)d+e+f＝1，

b)D为初始缩合时的无机组分，

c)E为初始缩合时的杂化组分，

d)F为初始缩合时的杂化组分，所述杂化组分可进一步反应以增大所述表面多孔层的孔隙度。

237.根据权利要求236所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述初始缩合时的无机组分(D)的前体选自硅、钛、锆、或铝的氧化物、氢氧化物、乙醇盐、甲醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、仲丁醇盐、叔丁醇盐、异丁醇盐、酚盐、乙基己醇盐、2-甲基-2-丁醇盐、壬醇盐、异辛醇盐、羟乙酸盐、羧酸盐、硝酸盐、氯化物、以及它们的混合物。

238.根据权利要求236所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述初始缩合时的无机组分(D)的前体选自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三异丙醇甲基钛、三苯酚甲基钛、烯丙基乙酰乙酸三异丙醇钛、甲基丙烯酸三异丙醇钛、甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三异丙醇钛、五甲基环戊二烯基三甲氧基钛、五甲基环戊二烯基三氯化钛、以及甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三正丙醇锆。

239.根据权利要求236所述的制备表面多孔材料的方法，其中所述初始缩合时的杂化组分(E)的前体选自1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三乙氧基甲硅烷基)苯、1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基)苯、以及双(4-三乙氧基甲硅烷基苯基)二乙氧基硅烷。

240.根据权利要求236所述的制备表面多孔材料的方法，其中可进一步反应增大所述表面多孔层的孔隙度的初始缩合时的杂化组分(F)的前体选自苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷；乙酰氧基乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三乙氧基硅烷；氯乙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；溴乙基三甲氧基硅烷；溴乙基三乙氧基硅烷；氟三乙氧基硅烷；氟三甲氧基硅烷；以及以下类型的烷氧基硅烷：

(CH₃CH₂O)_4-vSi(OR*)v (式XXb)

其中

v为等于1-4的整数。

241.根据权利要求236所述的制备表面多孔材料的方法，其中孔隙度通过脱甲硅基化、水解、去保护、酸提取、<600℃热处理、氧化、臭氧分解或分解，使杂化基团F反应来引入。

242.根据权利要求182至241中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中在所述过程中形成1-50个层。

243.根据权利要求242所述的制备表面多孔材料的方法，其中形成2-5个层。

244.根据权利要求243所述的制备表面多孔材料的方法，其中形成1-2个层。

245.根据权利要求182至244中任一项所述的制备表面多孔材料的方法，其中通过酸提取、分级、臭氧分解处理、水热处理、酸处理或它们的组合将所述表面多孔材料最优化。

246.一种用于增大基本上无孔材料的孔隙度的方法，所述方法包括：

a.)提供基本上无孔芯材料；以及

247.根据权利要求246所述的增大基本上无孔材料的孔隙度的方法，其中多孔壳材料的每个层独立地选自多孔无机/有机杂化材料、多孔二氧化硅、多孔复合材料或它们的混合物。

248.一种分离设备，所述分离设备具有包含根据权利要求1至181中任一项所述的表面多孔材料的固定相。

249.根据权利要求248所述的分离设备，其中所述设备选自色谱柱、薄层板、滤膜、微流体分离设备、样品提纯设备、固体载体、固相提取设备、微芯片分离设备、以及微量滴定板。

250.根据权利要求249所述的分离设备，其中所述分离设备用于选自以下的应用：固相提取、高压液相色谱、超高压液相色谱、组合化学、合成、生物测定、超高效液相色谱、超快速液相色谱、超高压液相色谱、超临界流体色谱、以及质谱。

251.根据权利要求250所述的分离设备，其中所述分离设备用于生物测定，并且其中所述生物测定为亲和测定或离子交换测定。

252.一种色谱柱，所述色谱柱包括：

a)柱，所述柱具有用于接受填充材料的圆柱形内部，以及

b)填充色谱床，所述填充色谱床包含根据权利要求1至181中任一项所述的表面多孔材料。

253.一种色谱设备，所述色谱设备包括：

a)内部通道，所述内部通道用于接受填充材料，以及

v)填充色谱床，所述填充色谱床包含根据权利要求1至181中任一项所述的表面多孔材料。

254.一种试剂盒，所述试剂盒包括根据权利要求1至181中任一项所述的表面多孔材料，以及使用说明书。

255.根据权利要求254所述的试剂盒，其中所述说明书用于与分离设备一起使用。

256.根据权利要求255所述的试剂盒，其中所述分离设备选自色谱柱、薄层板、微流体分离设备、固相提取设备、滤膜、样品提纯设备以及微量滴定板。