溶剂限域下单胶束组装合成二维单层介孔氧化钛

近日,iChEM能源新材料平台首席科学家、复旦大学赵东元院士课题组,在单胶束组装合成介孔材料方面取得重要进展,他们提出了一种热诱导溶剂限域下单胶束组装合成二维单层介孔氧化钛材料的新方法,相关研究成果以“Uniform Ordered Two-Dimensional Mesoporous TiO2 Nanosheets from Hydrothermal-Induced Solvent-Confined Monomicelle Assembly”为题,近日发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 4135−4143)。

近年来,二维材料已成为各研究领域的重点,而二维多孔材料同时具有二维材料及多孔材料的特性,也受到了广泛关注。然而,二维多孔材料的合成却十分困难。比如,通过利用强化学活性溶剂、光、电子、氧等离子体等进行原位刻蚀二维材料,或以二维材料为模板诱导胶束在界面组装形成二维多孔材料。这些方法存在一般操作复杂,重复性差,产量小等缺陷,限制了对二维多孔材料性质及性能的进一步研究。因此,发展普适简便的二维孔材料合成方法十分重要。

研究人员利用高粘度、高沸点溶剂甘油在水和乙醇体系下可以形成二维网络的特点,利用其氢键网络作为限域空间,进行单胶束组装,形成二维有序的单层介孔氧化钛材料。他们首先配置双溶剂前驱液,通过低温挥发诱导F127/TiO2单胶束形成,再利用复合F127/TiO2单胶束为前驱体,分散于乙醇溶液中,利用甘油溶剂的强氢键吸附作用及高粘度特性作为单胶束保护层及结构导向剂,经水热反应得到二维单层有序介孔氧化钛纳米片,其比表面积高达210 m2•g-1,且通过控制甘油相对浓度可调节片层厚度。该方法操作简便,易重复,便于拓展合成其它二维介孔材料。由于该材料超薄二维单层介孔结构,在钠离子电池测试中,100 mA•g-1电流密度下容量为220 mAh•g-1,在10 A•g-1电流密度下循环10000次后依然保持44 mAh•g-1,显示了十分优异的电化学性能。



该研究工作得到了科技部重大基础研究计划(2017YFA0207303),国家自然科学基金委(21733003),上海市科学技术委员会(17JC1400100)和上海领先学术学科项目(B108)的资助。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b00909

发布日期:2018/4/8 发布者:网站管理员 点击数:196【打印