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1、.新结构纳米材料的功能集成及应用基础在吸附、催化和能源储存转化领域，纳米材料的形貌、孔隙结构及表/界面性质的精准调变和功能高效集成是提高其性能的关键。精细化工国家重点实验室陆安慧教授课题组以催化、吸附和分离为应用导向，依据分子自组装原理，利用分子间(氢键、正负电吸引等)弱相互作用、分子间的反应特性，构建了自组装体系制备多孔纳米材料的新策略；同时，结合前期建立的孔道保护策略以及纳米空间限制效应，成功构筑多功能多层次的纳米材料，丰富的孔道作为客体分子传输的通道，保证了动力学的快速传质扩散；通过优势互补的复合材料功能集成，弥补了单一组分材料结构及物化性质的局限性，达到吸附分离、催化以及能源转化过程中
2、的长期循环稳定性。1. 纳米催化剂的合成创新评价一个催化剂性能优劣的标准主要是其选择性、催化活性及稳定性。然而在实际反应中，特别是高温、高压等较为苛刻的条件下，金属纳米颗粒容易团聚和烧结，导致催化剂迅速失活。我们采用分子自组装方法成功制备了片状氧化铝，以该材料为载体负载纳米Au表现出优异的热稳定性和CO催化氧化性能。尺寸在2 nm左右的Au熔点(Tammamn温度)只有300 oC，而负载在片状氧化铝上的Au纳米粒子(2±0.8 nm)经700和900 oC空气焙烧后仍能保持高度分散，没有明显烧结现象发生。研究结果显示，氧化铝的粗糙表面以及Au-Al2O3微观区域上的晶格匹配是有效束
3、缚Au纳米颗粒的主要原因。此外，片状结构可以加速反应物、产物的扩散和传质等动力学过程，也为高稳定催化剂的制备提供了可能。研究结果作为全文发表在ACS Nano, 2013, 7, 4902-4910.2. 多孔炭基吸附剂的设计合成“结构决定性能”，因此高度发达的孔道结构将有助于扩散和吸附过程中的物质传输。然而，聚合物直接炭化产物往往以微孔为主，比表面积不高。通常，采用高温(> 800oC)条件下CO2和H2O活化均可有效增加炭材料的比表面积，我们发现“纳米限定空间炭化”可以在低温(600 oC)实现CO2和H2O的活化，活化出丰富孔隙。这部分工作以通讯形式发表于Small, 2013,
4、9, 2086-2090，文章提交后评阅人给出很高的评价，他认为研究内容将为核壳结构以及空心结构纳米粒子的合成提供一个新的思路。此外，合理有效的利用壳壁为微孔的空心炭球的空腔同样为吸附分离领域的研究难点之一。我们采用“开关”溶剂选择性将功能离子包埋于空心聚合物球内部，然后通过惰性气氛热解可以在空心炭球空腔内部构筑“功能岛”。将所得样品应用于吸附分离中，由于微孔和“功能岛”的存在可以增强空腔对吸附质的富集能力。对比空心炭球，由于铁基纳米粒子与Cr3+之间的静电吸附作用，样品吸附能力和吸附速率均显著提高(Small, 2013, 9, 3852-3857)。总结前人及本课题组在CO2吸附分离领域工
5、作时，在高CO2吸附量的基础上，根据CO2分子快速扩散传输需求，利用氧化石墨烯结构导向作用设计制备了纳米片状宏观自组装体。这种层状夹心结构材料不仅具有高强度(28.9 MPa)等优点，而且片层厚度可调(20-200 nm)。经测定该样品的CO2吸附速率远高于商业活性炭，单位比表面积上的CO2吸附量可达3.54 mol/nm2。鉴于在多孔炭可控合成及应用研究领域的出色工作，课题组应邀撰写了关于超轻炭材料研究的Highlight (Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 7930-7932)。为合成微孔尺寸适宜CO2吸附的炭基吸附材料，我们在苯并噁嗪聚合物体系中引入挥发性
6、无机物(Zn)作为造孔剂，随着聚合物热解过程，锌纳米粒子的迁移挥发可以原位造成更多的微孔，将该样品应用于常温常压下CO2吸附时，其吸附量可达3.8 mmol g-1 (ChemSusChem, 2013, DOI: 10.1002/cssc.201300585)，提供了一种新型的微孔炭材料制备思路。3. 新结构电极材料的基础创新大量的研究工作证实，理想的炭电极材料必须具有可充分利用的高微孔面积、高电导率、高振实密度和可控的表面化学。杂原子的引入会极大地改变炭材料的表面化学性质，进而提高炭材料的电化学、催化以及吸附性能，因此在苯并恶嗪基纳米炭材料合成的基础上，开展富含杂原子多孔炭的研究具有重要意
7、义。基于离子液富含杂原子、溶解性好且具有表面活性剂行为等性质，在分子组装过程中选择性地将含硼离子液体引入聚合物，得到离子液与苯并噁嗪酚醛树脂共聚物，从而得到硼氮共掺杂多孔炭。由于材料的微孔结构变化和骨架的部分石墨化，使得制备的材料具有高的电导率(2.52-4.33 S cm-1)，高于商业活性炭(0.2-2 S cm-1)。研究工作以全文发表在Energy Environ. Sci., 2013, 6, 652-659。此外，利用氧化石墨烯结构导向的纳米片状宏观自组装体作为超级电容器电极材料时，可以显著提高材料导电率，缩短离子扩散途径，提高离子扩散速率，展现出较高的电容值和循环寿命(Adv.
8、Energy Mater. 2013, 3, 1421-1427)。同样，多孔炭材料也是一种理想的锂离子电池负极材料。为得到高容量的电极材料，金属氧化物/多孔炭复合材料的研究备受研究者的关注。我们以薄壁、大比表、高孔容的双孔道管状介孔炭为载体，成功的将Fe2O3纳米粒子负载到管腔内部。由于炭载体孔道约束效应，在高负载量情况下，Fe2O3仍保持较小的粒径(45 nm)。将其应用于锂离子电池中，薄壁多孔炭的限制作用抑制了锂离子插入过程中Fe2O3体积膨胀。同时，由于合成的复合材料仍然具有开放的孔道，因此在锂离子嵌入和脱除的过程中，电解液可以很大程度的与Fe2O3进行接触，降低其循环稳定性。通过这种层层组装策略，成功构筑了聚吡咯包覆的Fe2O3C多功能复合材料。在充放电过程中，聚吡咯可以稳定反应过程中产生的SEI膜，具有较好的循环稳定性(Adv. Funct. Mater., 2013, 23, 1692-1700)。*;