趙東元院士課題組介孔氧化鈦工作一覽！

趙東元，教授，1963年6月出生于遼寧沈陽，復旦大學博士生導師，中國科學院院士。主要從事介孔分子篩的合成、結構和應用研究，開創了多種介孔材料合成新路線，制備了一系列熱穩定的、大孔徑的有序介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子篩結構、外貌控制及多相組裝機理等方面形成獨特見解，為介孔材料的發展和應用做出了杰出的貢獻。在Nature、Science、Nature Materials、Nature Chemistry、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.等發表SCI論文700余篇，撰寫專著2部，論文被引用超過12萬次（H-index169）。

介孔氧化鈦發表成果一覽：

1. ACS Central Science:橄欖型介孔氧化鈦

無機納米晶體和表面活性劑之間的定向自組裝是獲得新型介晶半導體的有效途徑。此外，這種多孔介晶性質所對應的物理和化學性質，對于設計高效納米結構器件十分重要。然而，具有豐富表面位點的介孔半導體介晶的合成極其困難。在此，趙東元院士團隊報告了一種簡單的蒸發驅動定向組裝方法，用于合成新型的橄欖形介孔?TiO₂?介晶（FDU-19），該材料由超薄片狀銳鈦礦納米晶體（約 8 nm 厚）組成。介孔介晶 FDU-19 具有超高表面積（~189 m²/g）、大的孔體積（0.56 cm³/g）和豐富的缺陷（氧空位或不飽和?Ti³⁺位點）。通過在真空中退火，介晶發生三維到二維結構轉變，形成超薄銳鈦礦單晶納米片（NS-FDU-19，~8 nm厚度）。提出了吸引力和靜電排斥之間的平衡來確定所產生的幾何形狀和維度。基于 FDU-19樣品的染料敏化太陽能電池顯示出高達?11.6%?的超高光轉換效率，這主要歸因于其的單晶性質和高孔隙率。這項工作對介孔半導體介晶的物理和化學性質提供了新的理解，并為設計具有所需介觀結構的各種單晶半導體開辟了新途徑。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.5b00256

2. Science advance:介孔氧化鈦微球

高結晶介孔材料可以滿足高性能能量轉換裝置的需求。作者在此報告了一種簡單的蒸發驅動定向組裝方法來合成直徑為~800 nm 的三維開放介孔氧化鈦微球。該材料具有徑六邊形介孔通道和晶態銳鈦礦孔壁。介孔氧化鈦微球，具有高的表面積 (112 m²/g)、大的孔體積 (0.164 cm³/g) 和單晶銳鈦礦孔壁，使其成為導電介觀光陽極薄膜的理想選擇。基于介孔氧化鈦微球和商用染料 N719 的染料敏化太陽能電池 (DSSC) 的光電轉換效率高達12.1%。這種蒸發驅動的方法可以為在各種介孔材料的組裝開拓新的途徑。

文獻鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/1/4/e1500166

3. JACS:三維花束狀介孔氧化鈦

構建具有特殊形貌的、單晶的和功能性的三維介孔結構仍然是材料科學中的一大挑戰。在此，作者報告了一種微乳液自組裝方法來合成一種新型的有序3D介孔氧化鈦超結構。該結構由 1 個球形核心和 12 個對稱衛星半球組成，從核心頂點外延生長。所獲得的 3D 介孔氧化鈦超結構具有花束狀形貌、六邊形介孔通道、高的表面積?(134-148 m²/_g)、大的孔體積 (0.48-0.51 cm³/_g)。所有圓柱形介孔通道在整個超結構中相互連接并呈放射狀分布。其氧化鈦大多是單晶銳鈦礦，使其具有光催化活性。具體而言，花束狀介孔氧化鈦超結構催化劑在各種炔烴的順式半氫化反應中表現出優異的催化活性（≥99.7%）和選擇性（≥96%），超過商業氧化鈦（P25）催化劑。在 25 次循環測試中，未觀察到活性衰減，表明介孔氧化鈦超結構負載催化劑具有高穩定性。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6b11641

4.?Chem:介孔氧化鈦“開口笑”微球

介孔氧化鈦納米材料研究了近年來發展迅速。然而，大多數研究都集中在探索它們在各種應用中的潛力。以高度可控的方式制備介孔氧化鈦的基礎研究仍然沒有太多成果。在此，作者報告了一種簡便的壓力驅動定向組裝方法，以合成一種新型的具有徑向介孔通道的開裂介孔氧化鈦微球。通過改變濃 HCl 的量，作者能夠調控微球中，金紅石/銳鈦礦相的比值。通過進一步控制反應條件，包括溶劑蒸發時間和水熱溫度，還可以很好地調控縫隙。這種開裂的介孔氧化鈦微球具有良好的滲透性和優異的光催化制氫性能。

文獻鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929418303607?via%3Dihub

5. Chemical Science:?具有可控相結的介孔氧化鈦微球

商業?P25-TiO₂作為基準光催化劑，已廣泛用于各種光催化應用。然而，低表面積和較差的多孔結構極大地限制了其性能。在此，通過配位協同自組裝方法合成了具有可控銳鈦礦/金紅石相結和徑向取向的介孔通道的均勻有序介孔 TiO₂?微球。通過改變鹽酸的濃度，可以根據需要調整所得微球中的銳鈦礦/金紅石比例（金紅石百分比：0-100）。制備的 Meso-TiO₂-25 微球具有與商業 P25 相似的銳鈦礦/金紅石比例。但是所得微球的表面積?(78.6 m²?g^-1) 和孔體積 (0.39 cm³?g^-1) 大于商業 P25。當用作產H₂?的光催化劑時，Meso-TiO₂-25的 H₂?產率明顯大于商業 P25。這種配位協同自組裝方法為高性能介孔光催化劑的設計和合成開辟了一條新途徑。

文獻鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/SC/C8SC04155E#!divAbstract

6. JACS:單層介孔氧化鈦

二維?(2D) 納米材料由于其優異的特性，成為研究的焦點。然而，由于難以在二維納米結構中形成孔隙，二維多孔材料仍然比較少見。在此，作者通過水熱誘導溶劑限制組裝方法合成了一種新型的單層二維介孔 TiO₂?納米片。其具有均勻的尺寸和厚度以及有序的介孔結構。均勻的 TiO₂?納米片能夠為鈉離子吸附和嵌入提供大的空隙，并防止體積膨脹。介孔 TiO₂?納米片作為鈉離子電池陽極在 100 mA g^-1?下表現出 220 mAh g^-1?的優異可逆容量。并且在不同電流密度下多次循環后，可以保持在?199 mAh g^-1。即使在 10 A g^-1?的大電流密度下，10000 次循環后容量仍保持在 44 mAh g^-1，表明其具有卓越的儲能性能。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b00909

7. JACS:二維介孔氧化鈦異結構

介孔二維?(2D) 異質結構由于其豐富的活性位點和較短的擴散距離，為電催化、光催化、能量存儲和轉換技術的發展提供了新的策略。然而，由于傳統化學、機械剝離或自組裝方法較為困難，層狀介孔異結構還鮮有報道。在此，作者探索了一種自下而上的策略，用于簡易合成具有均勻介孔尺寸的介孔碳-二氧化鈦-介孔碳異質結構，從而實現在非水電解質中的贗電容鈉離子存儲的超高倍率性能和循環壽命。這種新型的異質結構由有序的單層介孔二氧化鈦納米片和兩側組裝的介孔碳單層組成。值得注意的是，貫通的孔道和異質界面的組合可以提升可逆贗電容（1 mV s^-1?掃描速率下總電荷存儲的 96.4%），并且使材料在快速鈉化和脫鹽過程保留了較強的機械穩定性。該研究揭示了將介孔二維?(2D) 異質結構作為增強電活性材料電荷存儲動力學策略的重要性。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06962

8. Angew:富Ti³⁺缺陷介孔氧化鈦

通過在單膠束組裝過程中引入還原劑（2-乙基咪唑），作者設計了一種有序的介孔 TiO₂?微球，它將徑向排列的介孔結構與介孔框架中的 Ti³⁺?缺陷相結合。這種還原劑也部分充當了介孔框架中的組成部分，并在煅燒過程中原位還原 Ti⁴⁺?以產生缺陷，從而導致體相 Ti³⁺?缺陷和有序介孔結構共存。介孔 TiO₂?具有優異的介孔特性（106 m²?g^?1?的高表面積，18.4 nm 的平均孔徑）和穩定的缺陷。獨特的介觀結構和原子缺陷提供了有效的質量傳輸和增強的光利用效率，從而顯著提高了 H₂?生成率。該材料可以實現 19.8 mmol g^?1?h^?1?的H₂?析出速率，同時在太陽光下具有出色的穩定性。

文獻鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007859

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