我系鄧勇輝教授課題組報(bào)道“鹽顆粒實(shí)驗(yàn)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(jìn)展
眾所周知，超分子共組裝在自然界和生命體系廣泛存在。基于兩親性分子的組裝原理，科學(xué)家可以設(shè)計(jì)并創(chuàng)造各種奇特的功能納米結(jié)構(gòu)材料，尤其是有序介孔材料。這類材料具有巨大的表面積、規(guī)則排列且均一的納米孔道，在催化、分離、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于其獨(dú)特的納米尺度效應(yīng)，介孔材料的納米限域效應(yīng)使其展示獨(dú)特的表面酸性、高的電子遷移率以及增強(qiáng)的配位催化作用等優(yōu)異性能。此外，這些納米多孔材料具有極高的孔隙率，有利于離子、分子甚至納米顆粒在多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的負(fù)載、擴(kuò)散，為各種應(yīng)用提供了豐富的界面和活性位點(diǎn)。傳統(tǒng)上，以兩親性分子為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成介孔材料的方法通常采用玻璃、硅片等基底來(lái)進(jìn)行固-液界面組裝合成，得到的材料孔道長(zhǎng)程連續(xù)性不高、傳質(zhì)輸距離長(zhǎng)，孔內(nèi)活性位點(diǎn)難以充分利用，這些不足嚴(yán)重阻礙了它們的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)具有高度開(kāi)放的多孔結(jié)構(gòu)、較短的擴(kuò)散距離和易于接近的活性位點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室”新概念，是一種普適的、可控的和適于大規(guī)模制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、二氧化硅和金屬氧化物（TiO2, CeO2, Al2O3, ZrO2）甚至是復(fù)雜組成的功能介孔材料，如Ce0.5Zr0.5O2, ZrTiO4等。特別值得注意的是，本研發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的柔性聚醚PEO鏈段在組裝過(guò)程中能夠起到類似冠醚的作用，與無(wú)機(jī)鹽顆粒晶體表面的陽(yáng)離子（Na+，K+等）絡(luò)合，與無(wú)機(jī)鹽顆粒表面產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，從而確保在合成條件下嵌段共聚物與前驅(qū)體在鹽顆粒表面進(jìn)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(xué)傳感領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
相關(guān)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(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，2020, 1906653），研究成果已經(jīng)申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利和PCT專利。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授鄧勇輝為論文通訊作者，博士后柳亮亮（已出站）為第一作者。該項(xiàng)研究得到國(guó)家優(yōu)秀青年基金、國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才和能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）等資助。
（A）SOMMs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）介孔二氧化硅、E）介孔TiO2、F）介孔ZrO2、G）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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