介孔二氧化钛(TiO2)结构精准调控的溶液法合成策略及其多尺度构效关系研究

研究人员针对介孔TiO2材料在原子/纳米/介观尺度形貌调控的难题，开发了基于胶束水凝胶的溶液相自组装技术。该方案通过分步定向组装实现了花束状球体、纳米片层等多样化介孔TiO2结构的精准构筑（合成周期约71小时），为催化、传感及能源器件提供了具有定制化孔道结构的功能材料。

　　

二氧化钛(TiO₂)因其半导体特性和晶体结构，在催化、传感及能源存储转化领域具有广泛应用前景。具有高孔隙率的规则介孔TiO₂材料能显著提升物质扩散效率和表面可及性。然而，尽管已有TiO₂块体及多晶态的合成报道，如何在介观尺度精准调控其形貌尺寸、孔道特征及晶相取向仍是重大挑战。

最新研究提出了一种巧妙的水相合成策略：通过预先构建柔性胶束水凝胶模板（耗时约21小时），在特定条件下进行阶梯式自组装，最终获得从原子排列到宏观形貌均可精准调控的介孔TiO₂材料。该方法可制备包括裂球状结构、单层纳米片、垂直薄膜等在内的多样化构型（总耗时约50小时），其精确度跨越原子、纳米和介观多个尺度。研究详细披露了胶束浓度、pH值等关键参数的控制方案，确保实验可重复性。这种模块化合成技术为设计具有定制化孔道结构的功能材料提供了新范式，将推动其在光催化、锂离子电池等领域的应用突破。