背景介绍
磷酸锆纳米材料因其良好的物理化学性质正在受到越来越多的关注。磷酸锆独特的层状结构具有比表面积大、易结晶、晶型好等特点，同时耐酸、耐碱的特性使其在各个领域有着广阔的应用前景。本文结合了近十几年内关于磷酸锆纳米材料制备的相关文献资料，归纳总结了不同晶型磷酸锆的制备方法及发展方向，列举了磷酸锆材料在环境保护领域的应用研究进展，为后续磷酸锆材料在环保领域的应用发展提供理论依据。
文章亮点
1. 文章详细分析了磷酸锆（ZrP）的层状结构特征，包括晶体结构的差异及其对性能的影响，揭示了其高比表面积等特性，为材料改性和应用提供了理论基础；
2. 系统总结了磷酸锆的传统制备方法及其优缺点，并引入功能化改性内容，为开发新型磷酸锆材料提供了丰富的技术路径；
3.文章不仅梳理了磷酸锆在环境修复中的应用，还涵盖了其在其他领域的创新应用，并对未来研究方向提出了建设性建议，展现了磷酸锆材料的广阔应用前景。
内容介绍
1 磷酸锆晶体的结构特征
ZrP通过八面体结构的[ZrO6]基团和四面体构型的磷酸氢根基团 [HPO4]2- 交替连接形成层状化合物，具有α型和γ型两种晶体结构。如图1所示，这两种晶型的差异主要来自于晶体层与层之间的连接方式，从而具有不同的晶体性质。
2 磷酸锆的制备方法
2.1 传统合成法
2.1.1 溶胶回流法
回流法一直作为传统制备ZrP的方法沿用至今[22-25]。该法主要利用锆盐与浓磷酸形成的凝胶在高温下通过冷凝挥发酸回流的方式制备ZrP，回流时间往往要持续数天[14]。虽然该法制备的ZrP纯度较高，但高温下长时间煮沸回流浓酸，反应过程难以控制，危险系数太大。
2.1.2 水热法
水热法是将锆盐与磷酸混合后，在高压反应釜中制备ZrP晶体的一种方法[15]。该法弥补了溶胶回流法中酸回流和结晶差等缺点，制备的ZrP晶体具有较高的结晶度，但反应温度高、反应可控性较差。使用水热法时，模板剂与催化剂的选择对ZrP产物的理化性质等有很大影响，同时离子液体或低共熔混合物也为ZrP晶体的合成创造了更多的可能性[26]。
3 磷酸锆在环境修复方面的应用
3.1 重金属离子去除
ZrP作为一种强大的无机吸附材料，具有吸附量大，吸附速率快，耐酸，抗辐照能力等特点，是一种高潜力吸附材料，可用于处理重金属污染、核污染及有害气体污染等[36,37]。表1整理了ZrP基材料吸附多种重金属的吸附量与吸附机制。
ZrP在吸附重金属时主要有离子交换（层间H⁺与重金属离子交换）、表面配合（磷酸基团与金属配位）及静电吸引3种吸附机制。Pan等[49]研究发现与常规吸附剂D-100相比，ZrP对重金属的吸附能力更强，并具有高选择性，如图2所示。
3.2 有机污染物的催化降解
除此之外，磷酸锆也可用于有机物的催化降解。程红玉[51]将ZrP复盐用于可见光光催化印染废水的处理，展现了对有机染料的高效降解能力实现了对印染废水中有机污染物的有效降解。
3.3 放射性核素的去除
随着核能技术的不断开发，含有核素的放射性污水已然成为环境污染的重要组成部分。目前，离子交换法是去除水中放射性元素的主要方法之一，该法不仅要求吸附剂具有较高的离子交换能力，同时具有耐酸碱的特性，因此ZrP材料受到了广大研究者们的关注。
4 其他方面的应用
4.1 生物医学方面
ZrP的生物相容性、无毒害性和生物惰性等性质，逐渐被生物医药领域所关注，特别是在药物输运研究领域。
Diaz等[56]通过降低pH的方法使胰岛素带上正电荷，并利用ZrP优秀的离子交换能力将胰岛素封装在ZrP纳米材料中形成纳米胶囊，再利用pH变化释放，从而起到人体补充胰岛素的目的，如图5所示。
4.2 催化剂方面
ZrP及其衍生物在催化反应的应用不断涌现。因ZrP及其衍生物结构稳定、耐高温，其具有的大量活性点位适合引入官能团，显示出其在催化领域的巨大潜力。Lanari等[59]制备了ZrP与磷酸酯的异相催化材料，如图7所示。
5 优势与挑战
在众多制备方法中，回流法、水热法、配位法具有各自的优势，适用于制备不同类型的磷酸锆晶体材料。随着技术的不断改进与发展，磷酸锆的制备条件逐渐向温和可控、绿色环保、可工业化转变。
磷酸锆纳米材料独特的层状结构、出色的离子交换能力不仅在环境修复领域展现出巨大应用潜力，而且在生物医药、催化等领域也得到了广泛的应用。然后，磷酸锆在各领域的实际应用中仍有很多的问题需要解决。一是磷酸锆纳米材料的制备工艺尚不成熟，难以把控合成样品的性质，合成样品性能不稳定，无法实现大规模生产；二是现阶段的磷酸锆材料利用率仍较低，使用成本偏高的问题仍制约其推广。因此，在未来的发展中，使用成本的降低、制备工艺的改进、磷酸锆性质的调控将会成为研究者们的关注点。
6 未来研究方向
未来研究方向可从以下维度推进：在材料的合成上应探索更加绿色的合成方式，如利用生物模板或废弃物（如锆矿渣）制备ZrP，降低环境负荷；其次，研发具有pH/温度双重响应特性的ZrP基智能材料，实现污染物吸附后的可控释放与材料再生功能；针对复合污染场景，设计多功能复合材料实现多种污染物的协同净化；同时需结合密度泛函理论（DFT）计算与原位表征技术，深入探究ZrP材料在吸附和催化过程中的微观作用机制，为材料优化提供理论支撑。
