近日，吉林大學喬振安教授團隊成功設計了一種低溫固-固界面晶化策略來合成具有磚塊-砂漿結構的多組分介孔金屬氧化物SrTiO3/TiO2（STO/TiO2）。該方法通過含有特征羥基的TiO2(OH)n/模板復合物與Sr(OH)2·8H2O原位脫水，構建了晶化SrTiO3和無定形TiO2的獨特異質結構無需添加溶劑和高溫煅燒。其中，介孔納米球STO/TiO2表現出優異的光催化氧化活性，實現99%的苯甲醇轉化率和99%的苯甲醛選擇性。該研究為綠色催化材料設計提供了新思路。
背景介紹：
介孔材料由于其優異的結構特征，是石油煉制、精細化工中重要的催化材料。雖然經過了長足的發展，已開發介孔材料的骨架組分仍較單一。由于骨架組成的多元化，保持多孔性的同時兼具組分可調控性和結晶性，一直是介孔材料領域的一個挑戰。原因在于傳統液相合成體系復雜，不可避免的引入多骨架物種、孔道模板劑、催化劑、添加劑等。多骨架物種反應速率的差異易產生相分離，并且驅動多物種與孔道模板組裝難度大，此外差異化金屬原子半徑和高混合焓通常需要高溫煅燒實現晶化，易導致孔道塌陷。因此，設計更加簡便的合成體系構建多組分介孔材料變得極為重要。
本文亮點：
1. 本文發展了一種低溫固-固界面晶化策略來合成具有磚塊-砂漿結構的介孔STO/TiO2 （圖1）。其中鈦低聚物和模板劑形成介觀復合物，進一步通過揮發誘導自組裝得到TiO2(OH)n/模板劑固體薄膜。在80°C下，介觀復合物模板劑膠束表面TiO2(OH)n中活性羥基及Sr(OH)?·8H?O脫除的水分子促進了Sr(OH)?·8H?O電離，產生Sr2+和OH-，并擴散到TiO2(OH)n骨架中。OH-與TiO2(OH)n進一步反應生成TiO32-，隨后，與Sr2+通過靜電相互作用結合，形成晶化的SrTiO3。在合成過程中，所有反應均發生在 TiO2(OH)n/模板劑薄膜的固態界面，不需要額外溶劑和傳統的高溫煅燒(>700°C)晶化過程。
圖1. 低溫固-固界面結晶策略合成STO/TiO2示意圖。
2. 制備的STO/TiO2具有高的比表面積(295~347 m2 g-1)和良好的孔結構，無定形TiO2作為整體結構的粘結劑，對維持磚塊-砂漿的介孔骨架起著至關重要的作用 （圖2）。
圖2. (a) MNS-STO/TiO2, (b) TM-STO/TiO2和 (c) SiOx-STO/TiO2的TEM圖像。（d-f） MNS-STO/TiO2的HRTEM圖像。(g) MNS-STO/TiO2的EDS圖像。（h-j） MNS-STO/TiO2、TM-STO/TiO2和SiOx-STO/TiO2的XRD譜圖、N2吸附-解吸等溫線和孔徑分布曲線。(i)中MNS-STO/TiO2、TM-STO/TiO2和SiOx-STO/TiO2的等溫線曲線分別位移了10、45和-30 cm3 g-1。
3. 制備的MNS-STO/TiO2展示出優異的光催化氧化活性，苯甲醇氧化生成苯甲醛的轉化率和選擇性均高達99%。密度泛函理論計算和實驗結果表明獨特的異質結構、高的孔隙度和豐富的氧空位促進了苯甲醇的吸附和活化，降低了反應能壘。
總結與展望：
本文開發了一種多組分介孔金屬氧化物的高效合成方法，作為催化劑實現了光催化選擇性氧化苯甲醇產物的高效轉化，為多組分介孔金屬氧化物的定向制備和功能化應用提供了新思路。
文章詳情：
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
文章鏈接：
https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202506070
