赵东元院士团队2023年度科研成果集锦

中国粉体网讯

赵东元院士，中国科学院院士、第三世界科学院院士。主要从事介孔材料的可控合成及催化、能源、环境、生物应用研究，发展合成了19种复旦大学命名的介孔材料及系列新组分、结构的有序介孔材料，提出了一系列合成新方法体系，取得了国际公认的开创性成果，发表SCI论文800余篇，包括Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., JACS, Angew, Adv. Mater等顶级期刊，被引12万余次。

JACS：来自受控结晶驱动的单胶束组装的介孔TiO2 单晶颗粒作为高效光催化剂

具有晶体骨架的介孔材料由于其独特的结构和晶体特征而在许多领域得到了广泛的探索，但对主要由不受控制的多晶型物组成的晶体支架的精确操作仍然缺乏。在此，复旦大学赵东元院士，内蒙古大学Kun Lan探索了一种受控结晶驱动的单胶束组装方法，以构建一种具有原子排列的单晶框架的均匀介孔TiO2 颗粒。          

研究旨在将介孔单晶生长的可能性扩展到一系列功能陶瓷和半导体，以实现先进的应用。

复旦赵东元院士团队Nat. Commun.: 介孔材料如何从“0”到“1”

复旦大学赵东元院士和李伟教授，联合香港城市大学王钻开教授提出了一种单胶束定向自组装的方法来制备具有均匀直径、高纵横比和有序介孔结构的一维介孔纳米纤维（OMCF）。该方法的特点是引入六亚甲基四胺（HMT）作为固化剂，可以巧妙地控制单束自组装动力学，从而制备高质量的一维有序介观结构。同时，通过改变反应物的化学计量比，可以精确地控制胶束结构，从而形成从三维立方到二维六方的介观结构。更有趣的是，合成的介孔纳米纤维可以大规模地组装成三维多孔气凝胶，应用到储能和水处理领域。相关研究成果以“One-dimensionally oriented self-assembly of ordered mesoporous nanofibers featuring tailorable mesophases via kinetic control”为题发表在 Nature Communications上。本文第一作者为香港城市大学的彭亮博士和香港大学的彭华容博士，赵东元院士/李伟教授/王钻开教授为共同通讯作者。  

赵东元院士团队JACS：一种由 “U型”介孔基元有序构筑的、非对称单层介孔纳米片

复旦大学和内蒙古大学赵东元院士，赵再望研究员团队，在前期工作的“单胶束”工作基础上，利用双乳液定向胶束组装方法，首次合成了一种新型、非对称的超薄单层介孔纳米片。在这种不对称的二维结构中，许多“U型”半开放的介孔基元（直径约20nm，开口尺寸约24nm）有序地排列在一个平面上，使得介孔纳米片（尺寸为几微米）在其两侧表现为典型的表面各向异性。同时，在每3个半开放的“U型”介孔之间，也存在着三角形空隙（尺寸为4.0～5.0 nm），使得纳米片之间相互贯通。结果表明，该类非对称介孔的纳米片展现出高的乳液分离效率（>98%）和循环稳定性。研究成果以“ Asymmetric Monolayer Mesoporous Nanosheets of Orderly Arranged Semi-Opened Pores via a Dual-Emulsions Directed Micelle Assembly ”为题发表在国际期刊Journal of the American Chemical Society上。复旦大学博士生陈瀚星为第一作者，赵东元院士和内蒙古大学赵再望研究员为通讯作者。

赵东元团队Matter：通过“软-硬”次序组装策略制备二元有序孔结构

2023年8月23日，复旦大学/内蒙古大学赵东元院士团队在Matter期刊上发表了题为“Bimodal ordered porous hierarchies from cooperative soft-hard template pairs”的研究成果。该研究报道了一种“软”胶束（三嵌段表面活性剂F127/聚多巴胺）和“硬”刚性颗粒（胶体SiO2纳米球）相结合的协同“软-硬”次序组装策略，避免了目前亚稳态软胶束组装的不适配，实现了多元介观单元的集成组装制备二元有序孔结构，所得产物具有高度可控、有序的二元规律性及优异的孔隙率。论文的通讯作者是赵东元院士、兰坤，第一作者是柳璐。

JACS：手性介孔二氧化硅纳米球可抑制β-淀粉样蛋白聚集  

目前，二氧化硅纳米材料的手性主要是拓扑手性而非分子尺度的手性。复旦大学赵东元院士和董强教授报道了一种手性酰胺凝胶定向合成策略，可在硅酸盐骨架中制备具有类似分子尺度手性的mSiO2纳米球。

 本文要点：

1）手性酰胺凝胶通过静电相互作用对胶束进行功能化，促进具有分子构型手性的二氧化硅溶胶生长，而随后进行的模块化自组装则可以进一步形成具有二氧化硅框架分子手性的树枝状介孔二氧化硅纳米球。

2）这些手性开放介孔结构可以接触Aβ42单体，并特异性靶向Aβ42中心疏水性片段，最终抑制Aβ42聚集体的形成。

复旦大学赵东元/李晓民团队Nature Chemistry：介孔材料，再获突破！

通过乳液诱导定向组装法成功合成了具有双大孔和可调节孔径的非对称MSN&mPDA纳米粒子（MSN=介孔二氧化硅纳米粒子，mPDA=介孔聚多巴胺），并将其用于仿生生物质逻辑体系的研究。这是首次利用纳米-乳液交互作用构建非对称介孔纳米材料，也是首次实现了双介孔非对称纳米材料不同单元介孔孔径的精准调控。利用独特的非对称结构和双大可调控的介孔，成功建立了单颗粒级别串联信息传递体系，实现了对细胞内逻辑信号传递的模仿。这种双介孔MSN&mPDA纳米颗粒具有双大孔和可调谐孔，并具有选择性功能化，具有很强的扩展性，不仅是生物逻辑门的多功能平台，而且在催化、储能、传感和环境修复等领域也具有很大的潜力。  

相关论文发表在Nature Chemistry上的“Emulsion-Oriented Assembly for Janus Double-Spherical Mesoporous Nanoparticles as Biological Logic Gates”，赵天聪博士后为第一作者，赵东元院士和李晓民教授为共同通讯作者。

复旦赵东元院士/李晓民教授/赵天聪研究员JACS：合成纳米尺度的羽毛球

复旦大学赵东元院士、李晓民教授等通过全新的片状胶束各向异性褶皱组装的策略，制备了具有高度生物相容性的羽毛球状Fe3O4&mPDA非对称纳米粒子。该纳米粒子有一个直径~100 nm的Fe3O4纳米粒子“头”，和截锥形状，底座直径200nm高250nm的mPDA“羽”。他们利用纳米羽毛球来研究纳米颗粒的构造、流体动力学、器官吸收效率和血液循环之间的关系。暗场显微镜-微流体系统和计算模拟表明，与球形Fe3O4@mPDA纳米颗粒相比，类似羽毛球的结构赋予了Fe3O4&mPDA纳米羽毛球一倍的下行速度，只有1/3的横流方向运动，与血液血管壁的相互作用频率降低了约50 %。体外血流模拟证明纳米羽毛球的吸收率比纳米球少40%。体内评估证实，羽毛球状纳米颗粒的肝脏吸收量减少了15 %，血液循环半衰期延长了一倍，这是因为线性运动减少了纳米颗粒与血管壁的接触。该工作将纳米颗粒的构建、生物流体动态、器官清除和血液循环时间联系起来，提出了理解纳米颗粒体内行为的新视角，为生物医学领域的纳米材料制造铺平了一条新的途径。

相关论文发表于J. Am. Chem. Soc.，第一作者为复旦大学博士后赵天聪（现为复旦大学化学与材料学院青年研究员），通讯作者为复旦大学化学系李晓民教授和赵东元院士。

赵东元院士、李晓民、吕中元、马玉柱Nature Synthesis：在纳米世界种一棵树！

Wedderburn–Etherington数模式固有的组合规律，在自然树状系统中普遍存在，对研究分支超结构纳米材料的形成机理具有重要意义。然而，在微观或纳米尺度上实现Wedderburn–Etherington数生长模式仍然具有挑战性。

在此，内蒙古大学的马玉柱研究员，复旦/内蒙古大学赵东元院士、李晓民教授联合吉林大学吕中元教授、朱有亮等人提出了纳米液滴的次序融合策略，合成了一系列分支介孔纳米树。通过调控纳米液滴的融合次序和级数，能够实现对纳米树分支结构精确调控（从二聚体到多聚体）。更重要的是，这些纳米树的分支结构的种类与自然界类似，完全符合Wedderburn-Etherington数模式（1，1，1、2、3、6、11等）。这种组装是通过使用配体接枝的钯纳米晶作为粘合剂来实现的，该粘合剂可以融合预先形成的纳米颗粒一侧的液滴到Y形二聚体，并通过后续的顺序融合生长方式可以进一步将Y结构扩展到多级分支结构。由于这种次序融合符合Wedderburn-Etherington数模型，因此可以通过统计预测每个组装级别的分支程度以及特定分支下的支链结构异构体的构型。

相关文章以“Synthesis of branched silica nanotrees using a nanodroplet sequential fusion strategy”为题发表在Nature Synthesis上。

信息来源：纳米人、能源学人、化学人生、高分子科学前沿等。

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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