近日，我校能源材料化学研究院赵东元院士团队兰坤课题组以第一单位在国际期刊Nature Protocols和Nano Letters发表最新研究成果，进一步为拓宽介孔二氧化钛基材料的可控合成及高性能应用提供案例支持。工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金青年、面上项目、内蒙古大学“骏马计划”、内蒙古杰出青年基金、内蒙古草原英才及内蒙古青年科技人才发展项目的大力支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41596-025-01175-3

该团队根据前期发表的成果，系统总结了介孔二氧化钛（TiO₂）材料的可控合成技术及其前沿进展。文章聚焦于溶液自组装策略，通过预形成柔性胶束与多步骤定向组装，实现了从原子级晶相调控到介观尺度孔道设计的全链条精准控制。全面梳理了三维裂口微球、二维超薄纳米片、垂直阵列薄膜等结构的合成路径，揭示了其在锐钛矿/金红石晶相调控、单晶取向生长等方面的突破性机制。研究团队还总结了部分介孔TiO₂基材料在钠离子电池、光催化制氢等领域展现的卓越性能，并深入探讨了工业化放大生产面临的挑战与未来研究方向。该文章提供了制备有序介孔TiO₂结构所需的信息，详细介绍了其合成、表征的方法，旨在为精确合成介孔TiO₂材料提供可靠的方案，为介孔材料领域建立了系统的合成范式和纳米材料科学的进一步探索提供启发。

该工作由我校张静宇、李佳龙担任第一作者，兰坤研究员、赵东元院士为通讯作者，我校为第一完成单位。

图1  基于溶液的自组装法制备多功能介孔TiO2结构概述

图2  具有多尺度可控结构的有序介孔TiO2材料的电子显微镜图像总结

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c01626

该团队提出一种次序单胶束组装法，设计了一种介孔TiO₂/还原氧化石墨烯三明治结构，它由中间的rGO层和两侧的超薄介孔TiO₂单层组成。该结构的成功合成依赖于中间体三嵌段共聚物F127/TiO₂单胶束来平衡前驱体钛酸四丁酯（TBOT）水解和胶束预组装。其中，二维介孔结构提供了高的电解质可及表面积和缩短的钠离子扩散途径，内部rGO形成平面导电网络以增强电荷传输。这种三明治结构作为SIBs负极，在0.02Ag⁻¹下表现出247mAhg⁻¹的可逆容量，20Ag⁻¹下106mAhg⁻¹的优异倍率性能和超强循环稳定性（2Ag⁻¹下循环5000次和10Ag⁻¹下循环30000次）证明该材料在SIBs领域应用的潜力。该工作为开发集成介孔TiO₂复合材料提供了一个优秀示例，对未来储能领域的发展具有指导意义。

该工作由我校温旭、李佳龙，厦门大学唐达夫为共同第一作者，兰坤、厦门大学魏湫龙为通讯作者，我校为第一完成单位。

图3  钠离子存储性能

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/lan_kun

（供稿：科学技术处     编辑：武涛     审核：刘雪峰     终审：阿茹娜）