技术问题:
在合成方面,虽然科研工作者们提出了不同的合成机理,如溶致液晶、协同组装和单胶束导向合成等,但每种机理都存在局限性,导致部分观测到的实验现象难以解释。随着谱学和电子显微技术的发展,在模拟实验环境下对介孔材料的合成过程进行实时的跟踪和成像已经成为可能,这有利于更加深入理解介孔材料的形成机制,揭示不同介孔材料合成过程中的共性和个性,建立普遍性的规律,为精准合成奠定基础. 其次,虽然目前已经可以将介孔材料微纳孔道和结构进行相对独立的控制,但如何实现跨尺度的精准合成,将不同维度的功能基元和孔道集成在一起仍面临挑战. 单胶束是介孔材料的最小组成基元,可以视为介观的“原子”。通过合理地设计前驱体和表面活性剂构建单胶束基元库,利用不同单胶束之间的组装实现跨尺度有序介孔材料的合成和精确控制是十分具有潜力的。此外,目前介孔材料的合成主要是基于溶胶-凝胶化学的液相过程,需要使用大量的溶剂且固含量低(通常小于1%),导致大量废液产生和较高成本的同时还限制了材料的宏量制备。
在功能化方面,传统的共组装和后处理策略虽然可以将不同尺度的功能基元(如原子、分子、官能团和纳米颗粒等)集成到有序介孔骨架中,但通常会导致孔道的堵塞和有序结构的退化。 此外,由于功能基元形成和组装过程相互影响,对功能基元性质(如尺寸、形状、空间分布和原子/分子结构等)的精准调控十分困难。将功能基元的形成过程和组装过程分开,以预合成好的、具有明确结构的功能基元 作为前驱体是实现有序介孔材料功能精准定制的潜在途径。
技术指标:比表面积>1000 m2 /g,孔体积为>3cm3 /g,孔径2~50 nm。