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我系邓勇辉教授课题组报道“盐颗粒实验室”新概念,在表面受限共组装(SLCA)合成各种二维(2D)单层有序介孔材料方面取得重要进展
发布时间:2020-03-13 

       众所周知,超分子共组装在自然界和生命体系广泛存在。基于两亲性分子的组装原理,科学家可以设计并创造各种奇特的功能纳米结构材料,尤其是有序介孔材料。这类材料具有巨大的表面积、规则排列且均一的纳米孔道,在催化、分离、能源等领域具有广阔的应用前景。由于其独特的纳米尺度效应,介孔材料的纳米限域效应使其展示独特的表面酸性、高的电子迁移率以及增强的配位催化作用等优异性能。此外,这些纳米多孔材料具有极高的孔隙率,有利于离子、分子甚至纳米颗粒在多孔结构内的负载、扩散,为各种应用提供了丰富的界面和活性位点。传统上,以两亲性分子为结构导向剂合成介孔材料的方法通常采用玻璃、硅片等基底来进行固-液界面组装合成,得到的材料孔道长程连续性不高、传质输距离长,孔内活性位点难以充分利用,这些不足严重阻碍了它们的应用。因此,开发具有高度开放的多孔结构、较短的扩散距离和易于接近的活性位点的有序介孔材料非常重要。

       近日,我系邓勇辉教授课题组提出了一种“盐颗粒实验室”新概念,是一种普适的、可控的和适于大规模制备的二维单层有序介孔材料的合成方法,合成各种单层介孔材料,包括介孔碳、二氧化硅和金属氧化物(TiO2, CeO2, Al2O3, ZrO2)甚至是复杂组成的功能介孔材料,如Ce0.5Zr0.5O2, ZrTiO4等。特别值得注意的是,本研发现结构导向剂的柔性聚醚PEO链段在组装过程中能够起到类似冠醚的作用,与无机盐颗粒晶体表面的阳离子(Na+,K+等)络合,与无机盐颗粒表面产生较强的相互作用,从而确保在合成条件下嵌段共聚物与前驱体在盐颗粒表面进行有序组装,形成单层胶束被盐颗粒表面束缚,得到二维介孔材料。借助这种概念和新方法,二维单层多孔材料有望在催化、能源和化学传感领域表现出优异的性能。

        相关研究论文以“A Universal Lab-on-Salt-Particle Approach to 2D Single-Layer Ordered Mesoporous Materials”为题目在线发表于《先进材料》(Advanced Materials,2020, 1906653),研究成果已经申请中国发明专利和PCT专利。复旦大学化学系教授邓勇辉为论文通讯作者,博士后柳亮亮(已出站)为第一作者。该项研究得到国家优秀青年基金、国家万人计划青年拔尖人才和能源材料化学协同创新中心(iChEM)等资助。

ASOMMs的合成示意图;(B-I)不同组分的单层有序介孔材料的TEM图像:B)二维介孔聚合物、C)介孔碳、D)介孔二氧化硅、E)介孔TiO2F)介孔ZrO2G)介孔Ce0.5Zr0.5O2H)介孔Al2O3,和I)介孔ZrTiO4;(J)嵌段共聚物与NaCl盐晶体表面之间相互作用的示意图。

      

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