??中空多殼層結(jié)構(gòu)（Hollow Multishelled Structure, 以下簡(jiǎn)稱HoMS）材料既能解決納米顆粒在應(yīng)用過(guò)程中易于團(tuán)聚的問(wèn)題，又能保持大比表面積的優(yōu)點(diǎn)，在能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)等研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。過(guò)程工程所研發(fā)出一種簡(jiǎn)便普適的合成方法“次序模板法”制備HoMS材料，實(shí)現(xiàn)納微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，并在此基礎(chǔ)上首次揭示其“時(shí)空有序”特性新概念及動(dòng)態(tài)智能行為，有望為藥物緩釋、化工催化等諸多領(lǐng)域帶來(lái)突破。相關(guān)文章于2月11日在Nature Review Chemistry上發(fā)表(DOI:https://doi.org/10.1038/s41570-020-0161-8)。

過(guò)程工程所王丹研究員團(tuán)隊(duì)一直致力于HoMS的精準(zhǔn)合成，通過(guò)“次序模板法”對(duì)反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)從構(gòu)成殼層的納米顆粒到殼層數(shù)、殼層間距、殼層厚度、孔隙率等納微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而調(diào)變HoMS材料的表界面特性，大幅擴(kuò)展了HoMS的應(yīng)用范圍。

在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步揭示出HoMS的獨(dú)特屬性，即時(shí)空有序特性?！癏oMS具有多個(gè)殼層以及被殼層分隔開的各自獨(dú)立又相互連通的閉合空腔，與單殼層中空結(jié)構(gòu)相比，HoMS不僅具有更多的界面與更大的有效比表面積，其由外至內(nèi)次序排列的多個(gè)殼層還構(gòu)造出一種獨(dú)特的時(shí)空有序結(jié)構(gòu)，即：客體（反應(yīng)物、藥物分子、電磁波等）的進(jìn)入必須先經(jīng)過(guò)外部殼層，才能到達(dá)內(nèi)部殼層；完成特定反應(yīng)后的產(chǎn)物，必須先穿過(guò)內(nèi)部殼層，才能釋放到外部殼層。該特性對(duì)串聯(lián)催化、次序吸光、藥物緩釋以及多級(jí)儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展及性能提升具有重要意義?！蓖醯ぱ芯繂T介紹到。

有趣的是，這種獨(dú)特的時(shí)空有序特性在自然界也是廣泛存在的。以藍(lán)藻這個(gè)古老的生命體為例，其內(nèi)部含有吸收不同波長(zhǎng)光的染料分子，而這些分子由外到內(nèi)按照特定的次序排列，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的高效利用，進(jìn)而完成了對(duì)地球上氧氣的富集。

“向自然學(xué)習(xí)，受活細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā)，發(fā)揮HoMS時(shí)空有序的特性，將在太陽(yáng)能的高效利用、化工催化、藥物可控釋放及高效能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)等諸多領(lǐng)域帶來(lái)重要應(yīng)用。”王丹研究員說(shuō)。

研究人員進(jìn)一步提出可以通過(guò)化學(xué)修飾賦予HoMS每個(gè)空間各自獨(dú)立的特性，并設(shè)計(jì)調(diào)控內(nèi)外殼層的不同組成，根據(jù)應(yīng)用需求改變表面或自身結(jié)構(gòu)特性，以實(shí)現(xiàn)材料對(duì)特定環(huán)境的特定響應(yīng)，在特定位點(diǎn)的準(zhǔn)確釋放或自我演變，將進(jìn)一步賦予中空多殼層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)智能的屬性。這將在藥物可控釋放及化工催化中帶來(lái)重要的應(yīng)用。

該文章的第一作者為王江艷博士、萬(wàn)家煒博士及楊乃亮博士，通訊作者為王丹研究員。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金及中國(guó)科學(xué)院科研裝備研制項(xiàng)目的支持。