国家自然科学一等奖！赵东元院士：“除了造孔，别的也不会”
2021年11月3日，中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元领衔完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目，获得国家自然科学奖一等奖。在该项目中，赵东元院士团队创造性地提出了有机-有机自组装思想，多元协同共组装新策略，实现了功能性介孔高分子和碳材料的准确调控。有序介孔材料在吸附、分离、传感器、催化、储能、太阳能电池、生物医学等领域应用前景广阔[1]，赵东元院士甚至畅想将介孔材料应用于人们日常穿着的衣物，其在介孔材料领域的研究成果被国际同行认为是里程碑式的进展，赵东元院士却笑道：“除了造孔，别的也不会。”
1.介孔TiO2应用于电极材料、光催化赵东元院士及其团队精心设计的介孔TiO2微球阳极用于赝电容（图1），实现了较高的振实密度、重量容量和体积容量，也提供了易于接触的表面区域，有利于电解质高效进入[2]。
![图1 赝电容电荷存储中3D介孔TiO<sub>2</sub>设计示意图<sup>[2]</sup>](https://shop.jkchemical.com/res/0-7918.jpeg)
赵东元院士和加利福尼亚大学Pingyun Feng教授等人引入可控缺陷到TiO2介孔结构中，设计制备了一种缺陷有序介孔TiO2微球，既提供了有效的质量运输，又提高了光的利用率，从而使H2生成速率显着提高。H2的最大析出速率可达到19.8 mmol g-1 h-1，并且在阳光下具有出色的稳定性，展现出明显的优势（图2）[3]。
![图2 缺陷介孔TiO<sub>2</sub>与商用P25光催化剂和介孔TiO<sub>2</sub>的光催化性能对比<sup>[3]</sup>](https://shop.jkchemical.com/res/0-7919.jpg)
2.介孔SiO2应用于仿生材料
赵东元院士和李伟研究员利用热动力学介导法合成了一系列粒径均匀、单分散的超小型有机-无机杂化纳米颗粒。实验结果表明，与纯聚合物单体相比，有机-无机杂化SiO2/胶束纳米颗粒的机械性能显著改善（图3），由于其韧性优异，可作为仿生材料[4]。
![图3 超小型有机-无机杂化胶束/SiO<sub>2</sub>纳米颗粒的机械抗压力性能<sup>[4]</sup>](https://shop.jkchemical.com/res/0-7920.jpg)
3.介孔碳应用于电极材料
赵东元院士及其团队通过水相乳液聚合自组装的方法成功合成了超高氮含量（15.6 wt%）的单分散介孔碳纳米球，用作钠离子电池的阳极（图4），展现了出众的倍率性能（在3 A g-1的高电流密度下为117 mAh g-1）和高可逆容量（在0.06 A g-1时为373 mAh g-1），是一种很有前途的能量存储材料[5]。
![图4 单分散超高含氮介孔碳纳米球作为钠离子电池阳极的电化学性能<sup>[5]</sup>](https://shop.jkchemical.com/res/0-7923.jpg)
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- 表面易有机官能团化，可修饰巯基、氨基、环氧化物、咪唑等基团；
- 颗粒分散性好，不易团聚、沉降，便于后期对介孔材料催化、吸附、分离的进一步研究。
介孔TiO2（13463-67-7）
应用领域：电极材料（如染料敏化太阳能电池）；光催化剂（如光催化制氢、光催化降解有机污染物等）
| 品名 | 规格 | 货号 |
|---|---|---|
| Mesoporous TiO2 microspheres 介孔二氧化钛亚微米球 | diam: 600-2500 nm, SSA:80-157 m2 /g, pore size: 5-12 nm, pore volume:0.2-0.56 cm2 /g | 2748683 |
介孔SiO2（7631-86-9）
应用领域：催化剂载体（如贵金属、金属氧化物等）；污染物吸附剂及检测器（如H2S、甲醛、藻毒素等）；纳米药物载体（如细胞色素C、血清蛋白等）
| 品名 | 规格 | 货号 |
|---|---|---|
| Mesoporous silica SBA-15 介孔二氧化硅 SBA-15 | diam: 500-2000 nm, SSA: 700-1100 m2/g, pore size: 6-11 nm, pore volume: 0.6-1.3 cm3/g | 2748670 |
| Mesoporous silica SBA-16 介孔二氧化硅 SBA-16 | diam:＞1000 nm, SSA: 600-960 m2/g, pore size: 5-12 nm, pore volume: 0.50-0.95 cm3/g | 2748671 |
| Mesoporous silica nanosphere 介孔二氧化硅纳米球 | diam: 60-250 nm, SSA: 410-680 m2/g, pore size: 2.8-13.3 nm, pore volume: 0.57-1.66 cm3/g | 2748679 |
| Sea urchin-like mesoporous silica nanosphere 海胆状介孔二氧化硅纳米球 | diam: 120-250 nm, SSA: 200-450 m2/g, pore size: 2.0 - 3.0 nm, pore volume: 0.35-0.56 cm3/g | 2748694 |
| Hollow silcia nanosphere 空心二氧化硅球 | diam: 200-800 nm, SSA: 350-800 m2/g, pore size: 2.0-4.0 nm, pore volume: <1.4 cm3/g | 2748684 |
介孔碳（7440-44-0）
应用领域：油水分离剂；电极材料（如电池和超级电容器）；催化剂载体（如贵金属、金属氧化物等）；有机污染物吸附剂（如丙酮、苯、罗丹明B等）；纳米过滤器（如无机纳米颗粒、生物分子）
| 品名 | 规格 | 货号 |
|---|---|---|
| Mesoporous carbon FDU-15 介孔碳 FDU-15 | diam:＞1000 nm, SSA: 540-1500 m2/g, pore size: 3.5-8 nm, pore volume: 0.4-1.31 cm3/g | 2748672 |
| Mesoporous carbon FDU-16 介孔碳 FDU-16 | diam:＞1000 nm, SSA: 510-900 m2/g, pore size: 3.7-6.8 nm, pore volume: 0.4-0.85 cm3/g | 2748673 |
| Mesoporous carbon C-CS 介孔碳C-CS | diam:＞1000 nm, SSA: 1000-2300 m2/g, pore size: 5.8-6.8 nm, pore volume: 0.7-2.0 cm3/g | 2748676 |
参考文献
- Duan L , Wang C , Zhang W , et al. Interfacial Assembly and Applications of Functional Mesoporous Materials[J]. 2021.
- Kun Lan, Lu Liu, Jun-Ye Zhang, Ruicong Wang, Lianhai Zu, Zirui Lv, Qiulong Wei*, and Dongyuan Zhao*, Precisely Designed Mesoscopic Titania for High-Volumetric-Density Pseudocapacitance[J]. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 35, 14097–14105.
- Lan K , Wang R , Wei Q , et al. Stable Ti3+defects in oriented mesoporous titania frameworks for efficient photocatalysis[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2020,59, 17676-17683.
- Zhao Z , Wang X , Jing X , et al. General Synthesis of Ultrafine Monodispersed Hybrid Nanoparticles from Highly Stable Monomicelles[J]. Advanced Materials, 2021, 33, 2100820.
- Guo D , Fu Y , Bu F , et al. Monodisperse Ultrahigh Nitrogen‐Containing Mesoporous Carbon Nanospheres from Melamine‐Formaldehyde Resin[J]. Small Methods, 2021, 5, 2001137.
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