赵东元院士课题组介孔氧化钛工作一览！

赵东元，教授，1963年6月出生于辽宁沈阳，复旦大学博士生导师，中国科学院院士。主要从事介孔分子筛的合成、结构和应用研究，开创了多种介孔材料合成新路线，制备了一系列热稳定的、大孔径的有序介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子筛结构、外貌控制及多相组装机理等方面形成独特见解，为介孔材料的发展和应用做出了杰出的贡献。在Nature、Science、Nature Materials、Nature Chemistry、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.等发表SCI论文700余篇，撰写专著2部，论文被引用超过12万次（H-index169）。

介孔氧化钛发表成果一览：

1. ACS Central Science:橄榄型介孔氧化钛

无机纳米晶体和表面活性剂之间的定向自组装是获得新型介晶半导体的有效途径。此外，这种多孔介晶性质所对应的物理和化学性质，对于设计高效纳米结构器件十分重要。然而，具有丰富表面位点的介孔半导体介晶的合成极其困难。在此，赵东元院士团队报告了一种简单的蒸发驱动定向组装方法，用于合成新型的橄榄形介孔 TiO₂ 介晶（FDU-19），该材料由超薄片状锐钛矿纳米晶体（约 8 nm 厚）组成。介孔介晶 FDU-19 具有超高表面积（~189 m²/g）、大的孔体积（0.56 cm³/g）和丰富的缺陷（氧空位或不饱和 Ti³⁺位点）。通过在真空中退火，介晶发生三维到二维结构转变，形成超薄锐钛矿单晶纳米片（NS-FDU-19，~8 nm厚度）。提出了吸引力和静电排斥之间的平衡来确定所产生的几何形状和维度。基于 FDU-19样品的染料敏化太阳能电池显示出高达 11.6% 的超高光转换效率，这主要归因于其的单晶性质和高孔隙率。这项工作对介孔半导体介晶的物理和化学性质提供了新的理解，并为设计具有所需介观结构的各种单晶半导体开辟了新途径。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.5b00256

2. Science advance:介孔氧化钛微球

高结晶介孔材料可以满足高性能能量转换装置的需求。作者在此报告了一种简单的蒸发驱动定向组装方法来合成直径为~800 nm 的三维开放介孔氧化钛微球。该材料具有径六边形介孔通道和晶态锐钛矿孔壁。介孔氧化钛微球，具有高的表面积 (112 m²/g)、大的孔体积 (0.164 cm³/g) 和单晶锐钛矿孔壁，使其成为导电介观光阳极薄膜的理想选择。基于介孔氧化钛微球和商用染料 N719 的染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的光电转换效率高达12.1%。这种蒸发驱动的方法可以为在各种介孔材料的组装开拓新的途径。

文献链接：https://advances.sciencemag.org/content/1/4/e1500166

3. JACS:三维花束状介孔氧化钛

构建具有特殊形貌的、单晶的和功能性的三维介孔结构仍然是材料科学中的一大挑战。在此，作者报告了一种微乳液自组装方法来合成一种新型的有序3D介孔氧化钛超结构。该结构由 1 个球形核心和 12 个对称卫星半球组成，从核心顶点外延生长。所获得的 3D 介孔氧化钛超结构具有花束状形貌、六边形介孔通道、高的表面积 (134-148 m²/_g)、大的孔体积 (0.48-0.51 cm³/_g)。所有圆柱形介孔通道在整个超结构中相互连接并呈放射状分布。其氧化钛大多是单晶锐钛矿，使其具有光催化活性。具体而言，花束状介孔氧化钛超结构催化剂在各种炔烃的顺式半氢化反应中表现出优异的催化活性（≥99.7%）和选择性（≥96%），超过商业氧化钛（P25）催化剂。在 25 次循环测试中，未观察到活性衰减，表明介孔氧化钛超结构负载催化剂具有高稳定性。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6b11641

4. Chem:介孔氧化钛“开口笑”微球

介孔氧化钛纳米材料研究了近年来发展迅速。然而，大多数研究都集中在探索它们在各种应用中的潜力。以高度可控的方式制备介孔氧化钛的基础研究仍然没有太多成果。在此，作者报告了一种简便的压力驱动定向组装方法，以合成一种新型的具有径向介孔通道的开裂介孔氧化钛微球。通过改变浓 HCl 的量，作者能够调控微球中，金红石/锐钛矿相的比值。通过进一步控制反应条件，包括溶剂蒸发时间和水热温度，还可以很好地调控缝隙。这种开裂的介孔氧化钛微球具有良好的渗透性和优异的光催化制氢性能。

文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929418303607?via%3Dihub

5. Chemical Science: 具有可控相结的介孔氧化钛微球

商业 P25-TiO₂作为基准光催化剂，已广泛用于各种光催化应用。然而，低表面积和较差的多孔结构极大地限制了其性能。在此，通过配位协同自组装方法合成了具有可控锐钛矿/金红石相结和径向取向的介孔通道的均匀有序介孔 TiO₂ 微球。通过改变盐酸的浓度，可以根据需要调整所得微球中的锐钛矿/金红石比例（金红石百分比：0-100）。制备的 Meso-TiO₂-25 微球具有与商业 P25 相似的锐钛矿/金红石比例。但是所得微球的表面积 (78.6 m² g^-1) 和孔体积 (0.39 cm³ g^-1) 大于商业 P25。当用作产H₂ 的光催化剂时，Meso-TiO₂-25的 H₂ 产率明显大于商业 P25。这种配位协同自组装方法为高性能介孔光催化剂的设计和合成开辟了一条新途径。

文献链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/SC/C8SC04155E#!divAbstract

6. JACS:单层介孔氧化钛

二维 (2D) 纳米材料由于其优异的特性，成为研究的焦点。然而，由于难以在二维纳米结构中形成孔隙，二维多孔材料仍然比较少见。在此，作者通过水热诱导溶剂限制组装方法合成了一种新型的单层二维介孔 TiO₂ 纳米片。其具有均匀的尺寸和厚度以及有序的介孔结构。均匀的 TiO₂ 纳米片能够为钠离子吸附和嵌入提供大的空隙，并防止体积膨胀。介孔 TiO₂ 纳米片作为钠离子电池阳极在 100 mA g^-1 下表现出 220 mAh g^-1 的优异可逆容量。并且在不同电流密度下多次循环后，可以保持在 199 mAh g^-1。即使在 10 A g^-1 的大电流密度下，10000 次循环后容量仍保持在 44 mAh g^-1，表明其具有卓越的储能性能。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b00909

7. JACS:二维介孔氧化钛异结构

介孔二维 (2D) 异质结构由于其丰富的活性位点和较短的扩散距离，为电催化、光催化、能量存储和转换技术的发展提供了新的策略。然而，由于传统化学、机械剥离或自组装方法较为困难，层状介孔异结构还鲜有报道。在此，作者探索了一种自下而上的策略，用于简易合成具有均匀介孔尺寸的介孔碳-二氧化钛-介孔碳异质结构，从而实现在非水电解质中的赝电容钠离子存储的超高倍率性能和循环寿命。这种新型的异质结构由有序的单层介孔二氧化钛纳米片和两侧组装的介孔碳单层组成。值得注意的是，贯通的孔道和异质界面的组合可以提升可逆赝电容（1 mV s^-1 扫描速率下总电荷存储的 96.4%），并且使材料在快速钠化和脱盐过程保留了较强的机械稳定性。该研究揭示了将介孔二维 (2D) 异质结构作为增强电活性材料电荷存储动力学策略的重要性。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06962

8. Angew:富Ti³⁺缺陷介孔氧化钛

通过在单胶束组装过程中引入还原剂（2-乙基咪唑），作者设计了一种有序的介孔 TiO₂ 微球，它将径向排列的介孔结构与介孔框架中的 Ti³⁺ 缺陷相结合。这种还原剂也部分充当了介孔框架中的组成部分，并在煅烧过程中原位还原 Ti⁴⁺ 以产生缺陷，从而导致体相 Ti³⁺ 缺陷和有序介孔结构共存。介孔 TiO₂ 具有优异的介孔特性（106 m² g⁻¹ 的高表面积，18.4 nm 的平均孔径）和稳定的缺陷。独特的介观结构和原子缺陷提供了有效的质量传输和增强的光利用效率，从而显着提高了 H₂ 生成率。该材料可以实现 19.8 mmol g⁻¹ h⁻¹ 的H₂ 析出速率，同时在太阳光下具有出色的稳定性。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007859

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