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近日，吉林大学乔振安教授团队成功设计了一种低温固-固界面晶化策略来合成具有砖块-砂浆结构的多组分介孔金属氧化物SrTiO3/TiO2（STO/TiO2）。该方法通过含有特征羟基的TiO2(OH)n/模板复合物与Sr(OH)2·8H2O原位脱水，构建了晶化SrTiO3和无定形TiO2的独特异质结构无需添加溶剂和高温煅烧。其中，介孔纳米球STO/TiO2表现出优异的光催化氧化活性，实现99%的苯甲醇转化率和99%的苯甲醛选择性。该研究为绿色催化材料设计提供了新思路。
背景介绍： 介孔材料由于其优异的结构特征，是石油炼制、精细化工中重要的催化材料。虽然经过了长足的发展，已开发介孔材料的骨架组分仍较单一。由于骨架组成的多元化，保持多孔性的同时兼具组分可调控性和结晶性，一直是介孔材料领域的一个挑战。原因在于传统液相合成体系复杂，不可避免的引入多骨架物种、孔道模板剂、催化剂、添加剂等。多骨架物种反应速率的差异易产生相分离，并且驱动多物种与孔道模板组装难度大，此外差异化金属原子半径和高混合焓通常需要高温煅烧实现晶化，易导致孔道塌陷。因此，设计更加简便的合成体系构建多组分介孔材料变得极为重要。 本文亮点： 1. 本文发展了一种低温固-固界面晶化策略来合成具有砖块-砂浆结构的介孔STO/TiO2 （图1）。其中钛低聚物和模板剂形成介观复合物，进一步通过挥发诱导自组装得到TiO2(OH)n/模板剂固体薄膜。在80°C下，介观复合物模板剂胶束表面TiO2(OH)n中活性羟基及Sr(OH)₂·8H₂O脱除的水分子促进了Sr(OH)₂·8H₂O电离，产生Sr2+和OH-，并扩散到TiO2(OH)n骨架中。OH-与TiO2(OH)n进一步反应生成TiO32-，随后，与Sr2+通过静电相互作用结合，形成晶化的SrTiO3。在合成过程中，所有反应均发生在 TiO2(OH)n/模板剂薄膜的固态界面，不需要额外溶剂和传统的高温煅烧(>700°C)晶化过程。 图1. 低温固-固界面结晶策略合成STO/TiO2示意图。 2. 制备的STO/TiO2具有高的比表面积(295~347 m2 g-1)和良好的孔结构，无定形TiO2作为整体结构的粘结剂，对维持砖块-砂浆的介孔骨架起着至关重要的作用 （图2）。 图2. (a) MNS-STO/TiO2, (b) TM-STO/TiO2和 (c) SiOx-STO/TiO2的TEM图像。（d-f） MNS-STO/TiO2的HRTEM图像。(g) MNS-STO/TiO2的EDS图像。（h-j） MNS-STO/TiO2、TM-STO/TiO2和SiOx-STO/TiO2的XRD谱图、N2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线。(i)中MNS-STO/TiO2、TM-STO/TiO2和SiOx-STO/TiO2的等温线曲线分别位移了10、45和-30 cm3 g-1。 3. 制备的MNS-STO/TiO2展示出优异的光催化氧化活性，苯甲醇氧化生成苯甲醛的转化率和选择性均高达99%。密度泛函理论计算和实验结果表明独特的异质结构、高的孔隙度和丰富的氧空位促进了苯甲醇的吸附和活化，降低了反应能垒。 总结与展望： 本文开发了一种多组分介孔金属氧化物的高效合成方法，作为催化剂实现了光催化选择性氧化苯甲醇产物的高效转化，为多组分介孔金属氧化物的定向制备和功能化应用提供了新思路。 文章详情： Low-Temperature Solid–Solid Interface Crystallization to Brick-Mortar Structured Multicomponent Mesoporous Metal Oxides for Selective Photocatalytic Oxidation of Aromatic Alcohol Jiaqi Yang†, Yuenan Zheng†, Ye Wang, Zhengwen Tan, Luoqi Wang, Ling Zhang* and Zhenan Qiao* Cite this by DOI: 10.31635/ccschem.025.202506070 文章链接： https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202506070
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