我系鄧勇輝教授課題組報道“鹽顆粒實驗室”新概念,在表面受限共組裝(SLCA)合成各種二維(2D)單層有序介孔材料方面取得重要進展
時間👩🏻‍🏭:2020-03-13 瀏覽次數🎉:230

       眾所周知🤵🏻‍♂️,超分子共組裝在自然界和生命體系廣泛存在。基於兩親性分子的組裝原理,科學家可以設計並創造各種奇特的功能納米結構材料,尤其是有序介孔材料🍯。這類材料具有巨大的表面積、規則排列且均一的納米孔道,在催化💖、分離、能源等領域具有廣闊的應用前景。由於其獨特的納米尺度效應,介孔材料的納米限域效應使其展示獨特的表面酸性、高的電子遷移率以及增強的配位催化作用等優異性能。此外👨🏼‍🦰,這些納米多孔材料具有極高的孔隙率,有利於離子、分子甚至納米顆粒在多孔結構內的負載、擴散,為各種應用提供了豐富的界面和活性位點🚭。傳統上🧖🏻‍♂️,以兩親性分子為結構導向劑合成介孔材料的方法通常采用玻璃、矽片等基底來進行固-液界面組裝合成👨🏻‍🎨,得到的材料孔道長程連續性不高🙍🏽‍♀️、傳質輸距離長👩‍🦱,孔內活性位點難以充分利用🧑‍💼,這些不足嚴重阻礙了它們的應用🧟。因此,開發具有高度開放的多孔結構、較短的擴散距離和易於接近的活性位點的有序介孔材料非常重要。

       近日,我系鄧勇輝教授課題組提出了一種“鹽顆粒實驗室”新概念,是一種普適的、可控的和適於大規模製備的二維單層有序介孔材料的合成方法,合成各種單層介孔材料,包括介孔碳、二氧化矽和金屬氧化物(TiO2, CeO2, Al2O3, ZrO2)甚至是復雜組成的功能介孔材料🧬,如Ce0.5Zr0.5O2, ZrTiO4等。特別值得註意的是,本研發現結構導向劑的柔性聚醚PEO鏈段在組裝過程中能夠起到類似冠醚的作用,與無機鹽顆粒晶體表面的陽離子(Na+,K+等)絡合,與無機鹽顆粒表面產生較強的相互作用,從而確保在合成條件下嵌段共聚物與前驅體在鹽顆粒表面進行有序組裝👨🏽‍🦰,形成單層膠束被鹽顆粒表面束縛👩🏽‍⚕️,得到二維介孔材料。借助這種概念和新方法,二維單層多孔材料有望在催化、能源和化學傳感領域表現出優異的性能。

        相關研究論文以“A Universal Lab-on-Salt-Particle Approach to 2D Single-Layer Ordered Mesoporous Materials”為題目在線發表於《先進材料》(Advanced Materials,2020, 1906653),研究成果已經申請中國發明專利和PCT專利。沐鸣开户教授鄧勇輝為論文通訊作者,博士後柳亮亮(已出站)為第一作者。該項研究得到國家優秀青年基金和能源材料化學協同創新中心(iChEM)等資助。

ASOMMs的合成示意圖;(B-I)不同組分的單層有序介孔材料的TEM圖像:B)二維介孔聚合物🚆、C)介孔碳、D)介孔二氧化矽、E)介孔TiO2🐷、F)介孔ZrO2G)介孔Ce0.5Zr0.5O2👩‍🔧、H)介孔Al2O3🧁,和I)介孔ZrTiO4;(J)嵌段共聚物與NaCl鹽晶體表面之間相互作用的示意圖🐏。

      

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