江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 科技 > >

|何鸣元院士详解：等级孔材料与绿色碳科学


作者 | 陈丽华（武汉理工大学研究员）
翻译 | 张冰姿（NSR科学编辑）
自然界中等级特性随处可见 ， 如叶脉的传输系统、人类的呼吸系统、血液循环系统等 。 通过模仿自然系统 ， 在不同维度上构建等级孔道结构 ， 可以使其满足不同功能的需要 。
在过去的十年里 ， 人们对等级孔材料的合成和应用进行了大量研究 ， 促进了这一研究领域的快速发展 ， 引起了学术界和工业界极大的兴趣 。
中国在这一领域的研究处于国际前沿 ， 而华东师范大学的何鸣元教授正是这项研究的学术带头人之一 。

|何鸣元院士详解：等级孔材料与绿色碳科学
本文插图

何鸣元 院士
何鸣元教授1995年当选中国科学院院士 ， 2001年获得何梁何利基金科学与技术进步奖 ， 2012年获得“中国催化成就奖” ， 2019年获得“中国分子筛终身成就奖” 。 他的主要研究方向是新型催化材料和炼油催化剂及工艺 。 他是中国绿色化学领域的开拓者 ， 积极推动着绿色化学化工的发展 。

最近 ， 《国家科学评论》（National Science Review ， NSR）就等级孔材料的最新进展和未来发展前景等问题采访了何鸣元院士 。 本次专访恰逢何院士80岁生日 ， 谨以此文献上祝福 ， 并致敬他在催化科学与技术领域诸多方面做出的突出贡献 。
【等级孔材料是什么？】
NSR：在我们周围的环境中 ， 等级结构无处不在 ， 例如生物系统中从简单的单细胞生物到更加复杂的人体 。 您能谈谈等级孔的定义吗？什么是等级孔材料？
何鸣元：
从广义上讲 ， 多重孔道材料是指包含两种或两种以上孔径分布的孔结构材料 ， 不论这两个（或多个）不同的孔道是否（或如何）相互连通 。
只有当整个孔道系统呈现出排列良好的多孔结构并增强了物质传递时 ， 包含两种或两种以上孔道结构的系统才能被定义为等级孔系统 。 因此 ， 需要注意明确区分“等级孔材料”和含义更宽泛的“多重孔道材料” 。
2017年3月 ， 我和苏宝连、谢在库两位教授在北京共同主持了第590次香山科学会议 。 在这次会议上 ， 等级孔材料被定义为一类具有特殊多孔结构的材料 ， 其多孔结构是由不同尺度上相互连通的孔组成 ， 包括微孔（<2 nm）、介孔（2～50 nm）和大孔（>50 nm） 。
在等级孔材料中 ， 微孔为客体分子提供了择形效应（只有大小和形状与孔道相匹配的客体分子才能进出微孔） ， 介孔增加了微孔的可及性 ， 大孔为客体分子提供了畅通无阻的传输路径 。 这种孔道结构的等级性对于大分子的扩散或在粘稠系统中的扩散特别重要 。
简而言之 ， 等级孔材料的孔道结构应该包含层次性、贯通性和规律性的特征 。
NSR：从生物技术、生物医药、催化、能源、光学、分离到生物分子固定化和生物有机体等多个研究领域都对等级孔材料产生了浓厚的兴趣 。 您认为目前等级孔材料研究中最重要的问题有哪些？
何鸣元：
我认为首要的问题是通过开发新的合成策略 ， 来满足今后等级结构的精准合成和不同层次孔道贯通性精细调控的需求 。
一般来说 ， 等级孔材料都具有大的表面积 ， 能够为反应物（或产物）吸附（或脱附）其框架内的活性位点提供高效的物质传递 。 然而 ， 很多等级孔材料中包含无序的孔道网络 。 与具有单一微孔结构的材料相比 ， 这种无序性会影响催化活性位点的性质 ， 如酸强度/密度和表面疏水性等 。
另一个重要问题是如何开发新的合成策略来实现等级孔材料的大规模生产 。
目前 ， 合成的等级孔材料大多是粉末状的 ， 这意味着它们不能直接应用于实际工业 。 现阶段 ， 合成方法的局限性阻碍了等级孔材料的大规模生产 ， 这严重制约了它的进一步应用和发展 。
【绿色碳科学的前世今生】


推荐阅读


上一篇：|不服跑个分！常见固态硬盘测速工具性价比盘点（下）

下一篇：上交所|蚂蚁集团A股H股双双暂缓上市；eBay发布2020 Q3财报净营收26.06亿美元｜Do早报