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[材料资讯] 王丹课题组:提出“时空有序”中空材料新概念

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 paoshan 于 2020-2-13 17:02 编辑

中空多壳层结构(Hollow Multishelled Structure, 以下简称HoMS)材料既能解决纳米颗粒在应用过程中易于团聚的问题,又能保持大比表面积的优点,在能源转化与存储等研究领域应用广泛。中国科学院过程工程研究所研发出一种简便普适的合成方法“次序模板法”制备HoMS材料,实现纳微结构的精准调控,并在此基础上首次揭示其“时空有序”特性新概念及动态智能行为,有望为药物缓释、化工催化等诸多领域带来突破。相关文章于2月11日在Nature Review Chemistry上发表。

HoMS结构

HoMS结构
  过程工程所研究员王丹团队一直致力于HoMS的精准合成,通过“次序模板法”对反应热力学和动力学的精准控制,实现从构成壳层的纳米颗粒到壳层数、壳层间距、壳层厚度、孔隙率等纳微结构的精准调控,进而调变HoMS材料的表界面特性,大幅扩展了HoMS的应用范围。
  在此基础上,研究人员进一步揭示出HoMS的独特属性,即时空有序特性。“HoMS具有多个壳层以及被壳层分隔开的各自独立又相互连通的闭合空腔,与单壳层中空结构相比,HoMS不仅具有更多的界面与更大的有效比表面积,其由外至内次序排列的多个壳层还构造出一种独特的时空有序结构,即:客体(反应物、药物分子、电磁波等)的进入必须先经过外部壳层,才能到达内部壳层;完成特定反应后的产物,必须先穿过内部壳层,才能释放到外部壳层。该特性对串联催化、次序吸光、药物缓释以及多级储能等领域的应用拓展及性能提升具有重要意义。”王丹介绍道。
  有趣的是,这种独特的时空有序特性在自然界也是广泛存在的。以蓝藻这个古老的生命体为例,其内部含有吸收不同波长光的染料分子,而这些分子由外到内按照特定的次序排列,从而实现对太阳光的高效利用,进而完成了对地球上氧气的富集。
  “向自然学习,受活细胞的结构和功能的启发,发挥HoMS时空有序的特性,将在太阳能的高效利用、化工催化、药物可控释放及高效能源转化与存储等诸多领域带来重要应用。”王丹说。
  研究人员进一步提出可以通过化学修饰赋予HoMS每个空间各自独立的特性,并设计调控内外壳层的不同组成,根据应用需求改变表面或自身结构特性,以实现材料对特定环境的特定响应,在特定位点的准确释放或自我演变,将进一步赋予中空多壳层结构动态智能的属性。这将在药物可控释放及化工催化中带来重要应用。
  该文章的第一作者为博士王江艳、万家炜及杨乃亮,通讯作者为王丹。该工作得到国家自然科学基金及中科院科研装备研制项目的支持。
       https://www.nature.com/articles/s41570-020-0161-8


       王丹中国科学院过程工程研究所研究员、博士生导师,中科院“百人计划”入选者,国家杰出青年科学基金获得者(2013),科技部“中青年科技领军人才”(2014年),中组部“万人计划”(2016年)。1994年7月获吉林大学无机化学专业学士学位,1997年7月获吉林大学无机化学专业硕士学位,师从冯守华院士;2001年3月获(日本)山梨大学材料科学与技术专业博士学位。2001年4月至2003年3月先后在(日本)高知大学水热化学研究所、日本地球环境技术产业研究机构做博士后,2003年4月至2004年1月在(日本)京都大学化学研究所任JSPS外国人特别研究员,2004年入选中国科学院“百人计划”回国工作,2009年7月起兼任佛山市高明区(中国科学院)新材料专业中心主任。
       文章来源:过程所



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