赵东元院士团队丨一种由 “U型”介孔基元有序构筑的、非对称单层介孔纳米片

张明 2023-12-13

二维纳米材料，因其良好的光学、电学和机械性能，在过去十余年，一直是科学工作者研究的热点。

关注的焦点为二维纳米材料的设计、精确控制及其应用。介孔纳米片，作为一种典型的二维纳米材料，已被广泛应用于多个领域，如生物医学、催化、电池、吸附、电子等。这是因为这类二维介孔纳米片具有许多优异特性，如丰富的孔结构，高的表界面，短的传质/传荷路径等。尤其，对于一种表面具有非对称性质、包含新型孔结构、超薄单层、二维介孔纳米片，可赋予材料二维特殊的性质，应用前景十分广泛。

为合成此类理想的非对称、超薄单层介孔纳米片，在传统的方法中，科学家们通常会在组装体系中，引入平整的二维（2D）基底或界面，使复合胶束基元能够在二维的方向进行有序组装、排列，得到二维的多孔材料。然而，这类方法所获得的二维孔材料，其孔构型多为环状孔，两面性质单一，难以赋予二维材料两个不同侧面相异的表面特性。同时，传统方法中，胶束基元通常不稳定，在组装过程中，容易发生团聚或者形变，使得生成的二维介孔材料，其结构不均匀、孔单元少。到目前为止，合成非对称、规整有序的、单层介孔纳米片仍面临巨大挑战。

近日， 复旦大学和内蒙古大学赵东元院士，赵再望研究员团队 ，在前期工作的“单胶束”工作基础上（Advanced Materials, 2021, 33, 210082；Science Advances, 2022, 8, 19；J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 11767），利用双乳液定向胶束组装方法，首次合成了一种新型、非对称的超薄单层介孔纳米片。在这种不对称的二维结构中，许多“U型”半开放的介孔基元（直径约20nm，开口尺寸约24nm）有序地排列在一个平面上，使得介孔纳米片（尺寸为几微米）在其两侧表现为典型的表面各向异性。同时，在每3个半开放的“U型”介孔之间，也存在着三角形空隙（尺寸为4.0～5.0 nm），使得纳米片之间相互贯通。结果表明，该类非对称介孔的纳米片展现出高的乳液分离效率（>98%）和循环稳定性。研究成果以“ Asymmetric Monolayer Mesoporous Nanosheets of Orderly Arranged Semi-Opened Pores via a Dual-Emulsions Directed Micelle Assembly ”为题发表在国际期刊 Journal of the American Chemical Society 上。复旦大学博士生陈瀚星为第一作者，赵东元院士和内蒙古大学赵再望研究员为通讯作者。

图1. 由“杯子状”介孔基元构筑的，具有表面非对称性质的、二维超薄单层介孔纳米片，且其构型（纳米片、囊泡）可精准操控。

研究团队将一半开放、一半封闭的“U型”介孔基元，在双乳液的辅助下，首次成功构筑了，一种有序的、表面非对称的、单层超薄二维介孔纳米片。并通过进一步对乳液大小的调节，实现了对这类由非对称介孔基元、构建的介孔超材料的构型，进行了精准控制。本文的设计为未来创制和应用新型功能性、非对称介孔材料提供了全新的思路和参考。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09927

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