新型介孔晶體結構、形貌及形成機理的研究

《新型介孔晶體結構、形貌及形成機理的研究》是依託上海交通大學，由韓璐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型介孔晶體結構、形貌及形成機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓璐
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

介觀晶體材料是一類通過模板法合成，在介觀尺度上具有長程有序孔道結構的新型功能材料，在吸附、分離、催化等方面都有廣泛套用。新型介觀結構和形貌的組裝及功能化是本領域重要的研究課題。申請人在介孔晶體的結構解析和形成機理方面進行了深入細緻的研究，並發表了多項成果。本課題擬在前期課題基礎上，(1)通過調控結構基本單元，用特殊設計的表面活性劑或生物分子為模板，由共結構導向法合成介孔晶體，對各種介觀結構、形貌之間的轉變和規律進行深入研究；(2)探討介觀尺度上模板分子自組裝和介觀結構形成機制、模板分子與無機物種的相互作用機制，提出合成新型介孔晶體的思路；(3)通過透射電子顯微學和電子晶體學方法對各種介孔晶體的拓撲結構、缺陷、取向共生等進行表征和解析，揭示其結構和功能的關係。本項研究對於無機化學、液晶學、納米科學、晶體學和材料科學研究具有重要理論價值，並為新型多孔材料的合成和套用打下良好的基礎。

結題摘要

介觀尺度有序多孔材料特殊的形貌、結構和空間效應賦予了其多方面的獨特性能。這類材料具有晶體點陣，但結構基元變成了由模板分子形成的孔道，因此可以認為是由有序孔道所組成的介孔晶體。這些材料的合成控制、結構表征及機理研究是本領域的研究重點。本項目針對這類材料的合成方法、物質及能量轉化、晶體結構、形成機理等重要科學問題開展了系統性的研究工作，取得了一系列創新性研究成果： (1) 發展了介孔晶體的合成方法及結構種類。使用兩親性表面活性劑，通過共結構導向法合成了具有純六方密堆積結構的介孔晶體並通過電子晶體學研究了其孔道形狀、連通性及形成機理；設計合成了多種兩親性嵌段聚合物，基於表面活性劑液晶模板法與嵌段聚合物微相分離法，調控合成條件得到了具有不同結構、形貌的介孔、超大介孔及介孔-大孔複合材料，報導了類似於生物體中極小曲面全帶隙光子晶體結構的錯位嵌套雙金剛石介孔-大孔複合材料，對其合成、結構及光子晶體性能進行了研究。 (2) 發展了生物礦化法合成有序介觀結構體系。使用DNA分子為模板，通過共結構導向法構建與無機物種間相互作用，形成了多種DNA-二氧化矽複合介觀結構，對其進行了結構解析並研究了其形成機理；設計了一種通過天然雲母基板構建手性納米結構陣列的簡便方法，得到了三維介觀手性DNA-二氧化矽組裝的大範圍基板定向排列；此外，通過多肽分子進行生物礦化得到了多種材料並對其形貌、結構和形成機理進行了研究。 (3) 發展了多孔材料的電子晶體學結構解析研究。使用透射電子顯微學、超低電壓掃描電子顯微學，通過電子晶體學方法並與其他手段連用，對各種介孔晶體的形貌、結構、形成機理、共生及缺陷等進行了細緻的表征和解析，揭示了其結構和功能的關係。 項目執行期間，共發表標註本項目資助的SCI論文18篇，其中第一作者(包含共同第一作者)及通信聯繫人文章8篇，撰寫英文教科書1章，在國際重要的大型學術會議上做口頭報告4次，項目負責人獲教育部自然科學獎一等獎(第二完成人)。項目共培養博士生3人，碩士生1人，為人才培養做出了一定的貢獻。