Angew. Chem. :高温诱导组装实现一步构建有序非连续杂多酸复合炭基超结构

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由于其独特的形貌和功能化结构,多级超结构在催化、能量储存、生物医药等领域得到了广泛应用。然而,由于不同组装单元和胶束之间的强相互作用,阻碍了溶液中非均相结构的形成,因此通过一步自下而上的组装方法构建多级超结构极具挑战性。同时,传统的多级超结构通常需要繁琐的多步合成过程,并且通常具有连续且相通的整体形态,这主要是由于无机材料的强晶格结构或自组装系统中胶束模板的紧密堆积所致。



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为了实现一步法合成具有非连续超结构的功能性材料,近日,浙江大学化学系王勇教授团队开发了一种高温介导的自组装方法。该方法通过削弱组装单元与胶束之间的相互作用,并利用商业表面活性剂模板P123在高温下的热不稳定性,成功实现了多金属氧酸盐(POMs)诱导的炭基多级超结构的制备,且该超结构具有高度有序的、不连续的纳米点阵。通过原位液体拉曼光谱、热重分析、电镜等表征手段,研究发现一定的高温条件能够调节POMs/P123的均相胶束结构,使得POMs分子之间发生聚集,并与P123胶束发生相分离。同时,由于P123的热不稳定性,高温还促使胶束模板发生形态演化,进而在纳米片上形成规则排列的胶束模板。这两种因素的协同作用最终使材料表面形成离散且有序的纳米点结构。

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通过氨气程序升温脱附和热重分析,研究发现,这种具有表面凸起点阵的超结构不仅具有独特的形貌,还能相较于传统的无表面点阵结构的纳米片材料,暴露出更多的表面POMs活性位点,从而显著提升了催化活性。作为锂硫电池的正极材料应用时,它能够加速硫物种的催化转化,并在高电流倍率下展现出优异的循环稳定性。总的来说,这种简便高效的高温介导方法在设计具有特殊形貌的多级结构和提升功能材料活性方面展现了广阔的应用前景。

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文信息

High-Temperature-Mediated Assembly of Polyoxometalate-Induced Ordered Carbonaceous Superstructures

Xie Zhang, Xucheng Lv, Xiangbowen Du, Menghui Qi, Shanjun Mao, Yong Wang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202423242



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