英文原题：Stepwise Monomicelle Assembly for Highly Ordered Mesoporous TiO₂ Membranes with Precisely Tailored Mesophase and Porosity
通讯作者：赵东元 (内蒙古大学/复旦大学)、魏湫龙 (厦门大学)、兰坤 (内蒙古大学)
作者：Kun Lan,* Lu Liu, Jiayu Yu, Yuzhu Ma, Jun-Ye Zhang, Zirui Lv, Sixing Yin, Qiulong Wei,* and Dongyuan Zhao*
晶态介孔材料由于其优异的孔隙结构和结晶性，在光电、能源存储与转换等方面有着广泛的应用前景。许多方法如溶胶-凝胶、水热、挥发等已被用于合成结晶介孔金属、氧化物及其他化合物，然而晶态介孔薄膜的构建仍然存在较大挑战，原因有二：其一是高温晶化过程中薄膜与衬底的作用逐渐消失，导致膜的脱落和分裂；其二则是合成晶态介观结构的普遍问题，如金属前驱体水解快，与表面活性剂相互作用弱，结晶过程中介观结构易坍塌，因此介孔结构参数的控制十分困难，实现晶态薄膜的精确可控自组装仍是一个难点。
近日，赵东元院士/兰坤研究员团队提出了一种分步单胶束组装策略成功制备了高度有序介孔氧化钛薄膜材料（图1）。首先预制单胶束水凝胶，再二次组装形成有序介孔薄膜，这种分步控制提供了更宽的反应区间如浓度和组装时间，能够充分对介孔薄膜的有序度、介观相结构、尺寸及薄膜厚度进行精确控制。此外，该方法也适用于不同基底，有良好的扩展性，同时该介孔氧化钛膜在赝电容储钠方面也展现了良好的潜力。
图1. 高度有序介孔氧化钛薄膜的合成与表征。
值得注意的是，通过调控单胶束凝胶浓度，可以获得具有不同介观结构的介孔薄膜(图2)，随着浓度增加，介孔结构从无序逐渐向蠕虫状、二维六方相和立方相转变。
图2. TiO₂介观结构的精确调控，标尺均为100 nm。
内蒙古大学能源材料化学研究院赵东元院士/兰坤研究员长期致力于晶态介孔材料组装与机理研究。在前期工作中，基于发展的单胶束中间体，利用不同外力、空间进行二次组装控制，创制了微观形貌、介观结构与参数充分可调的系列介孔氧化钛新材料，展示了在能源应用方面的广阔前景(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 14097; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 17676; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16755; Matter 2019, 1, 527; Chem 2018, 4, 2436; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4135; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 517)。这种材料合成创新为拓展介孔材料及潜在价值提供了新机会。
该工作提供了一种分步组装新方法，用于高度有序介孔氧化钛薄膜生长，为结晶态介孔薄膜器件制备提供了新的思路。该成果以“Stepwise Monomicelle Assembly for Highly Ordered Mesoporous TiO₂ Membranes with Precisely Tailored Mesophase and Porosity”为题发表在JACS Au 期刊上(DOI: 10.1021/jacsau.3c00007 )。文章第一作者为兰坤研究员，通讯作者为赵东元院士、魏湫龙副教授。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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