近日，iChEM能源新材料平台首席科学家、复旦大学赵东元院士课题组提出了一种新颖的空间限域微乳液自组装方法(confined microemulsion selfassembly approach)，成功地实现了介孔半导体单晶超级结构的可控合成。其相关研究成果(Constructing Three-Dimensional Mesoporous Bouquet-Posy-Like TiO₂ Superstructures with Radially Oriented Mesochannels and Single-crystal Walls)发表在近期的《美国化学会志》期刊上（J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b11641）。 

　　如何实现对半导体介孔材料的孔道、晶体取向以及宏观形貌的同时调控，制备具有单晶结构的介孔超级材料，是国际介观结构材料领域的难题，面临着巨大挑战。 

　　在先前工作的基础上，赵东元团队巧妙地利用三维大孔碳作为骨架，通过分步梯度挥发有机溶剂的方法，在界面张力的作用下，将TiO₂凝胶微乳液（gel microemulsion）在三维有序大孔碳中，实现了定向组装，制备得到高度有序的介孔TiO₂单晶超级结构。该超级结构具有特殊的空间几何结构，以一个发散介孔TiO₂单晶球为核，核外定向排列12个发散介孔单晶半球。有意思的是，他们发现，通过控制TiO₂凝胶微乳液的尺寸大小，可以有效控制TiO₂单晶超级结构的级数。将TiO₂凝胶微乳液尺寸增加一倍，其最终得到的TiO₂单晶超级结构的级数也相应增加一倍（即中心为13个介孔TiO₂单晶球，外壳多达44个介孔单晶半球）。采用这种空间限域微乳液自组装方法合成出的介孔TiO₂单晶超级结构十分均匀，粒径可在1.6 ~ 3.5 μm范围调变。此外这些超级结构具有大的孔体积（0.48 ~ 0.51 cm³/g）、高的比表面积（134 ~ 148 m²/g），孔壁全部是由锐钛矿（001）暴露面的TiO₂单晶组成的。这种锐钛矿单晶超级介孔结构赋予介孔TiO₂微球优异的催化性能，其在炔烃（R≡R）半氢化还原为烯烃（R=R）的催化应用中显示出了高于99.7 %的转化率以及高于96 %的选择性。 

　　空间限域微乳液自组装法合成介孔TiO₂单晶超级结构示意图，图来源：JACS

        （来源：能源材料化学协同创新中心iChEM）