由于具有高比表面積和在原子尺度上可控的厚度，超薄2D納米材料在催化、能源、環(huán)境、電子信息等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。其中，2D金屬氧化物有著廣泛的應(yīng)用前景，但其高質(zhì)量的綠色可控合成仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。開發(fā)一種無模板且對環(huán)境無污染的2D金屬氧化物濕化學(xué)合成策略，以滿足相關(guān)領(lǐng)域中日益增長的需求，是當前的研究焦點和難點。
近日，東南大學(xué)孫岳明、代云茜教授團隊以靜電紡Al2O3/TiO2復(fù)合納米纖維為前驅(qū)物，在水熱合成中僅以純水為溶劑，通過誘導(dǎo)Al物種向纖維表面遷移擴散同時發(fā)生水合反應(yīng)，生成具有典型2D結(jié)構(gòu)的AlOOH納米片。同時，亞穩(wěn)態(tài)AlOOH拓撲轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3，形成超薄、多孔、以及臺階、尖角等活性位點豐富的氧化物納米片。這一過程中的結(jié)構(gòu)演變?yōu)檫M一步研究亞穩(wěn)氧化鋁相系列奠定了基礎(chǔ)，并為2D氧化物納米材料的可控合成提供了新的綠色途徑。該工作入選Asian Women in Materials Chemistry and Nanoscience?？?。
圖1（A）簡易綠色的AlOOH/Al2O3@TiO2納米纖維的合成路徑示意圖。Al2O3@TiO2納米纖維在180 ℃ 水熱處理8 h前（B）和后（C）的TEM圖。（D）AlOOH/Al2O3@TiO2納米纖維SEM圖，（E）HAADF-STEM圖、對應(yīng)的明場像以及元素分布圖。（F）超薄納米片的HRTEM圖。（G）F圖中虛線正方形區(qū)域的逆FFT圖像。黃色區(qū)域表示結(jié)晶態(tài)AlOOH，藍色區(qū)域表示非晶態(tài)Al2O3。 圖2（A-C）水熱反應(yīng)2、4和6小時后的TEM圖像。（D）TiO2納米纖維表面AlOOH/Al2O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過原位緩釋和表面重建的拓撲生長機制示意圖。插圖為尖晶石狀A(yù)l2O3（左）和層狀A(yù)lOOH（右）的單位晶胞。 由于高孔隙率和高比表面積，該類多孔納米材料對RhB表現(xiàn)出2856?3370 mg/g的吸附容量。借助纖維骨架的支撐，在高通量連續(xù)流條件下，RhB有效去除效率超過70%。此外，在TiO2納米纖維上垂直排列的納米片通過對光線的多次散射，有效地提高了集光效率，在1 h內(nèi)實現(xiàn)了RhB的有效光降解。這項工作提出的綠色合成策略，有助于開發(fā)新型2D金屬氧化物納米材料。 圖3（A）在連續(xù)流模式下的染料捕獲。插圖是納米纖維過濾器在染料捕獲前后的實物照片。（B）流動RhB水溶液在多孔納米片/納米纖維表面的流速分布模擬圖。 論文信息 Surfactant-Free and Microporous AlOOH/Al2O3 Nanosheets on TiO2-Based Nanofibers: A Sustained-Release Dominated Topotactic Transformation Dr. Wanlin Fu, Qi Zhan, Ying Yu, Xiangyu Meng, Mingyu Tang, Yunpeng Wang, Prof. Yueming Sun and Prof. Yunqian Dai 文章第一作者為東南大學(xué)至善博士后符婉琳、碩士研究生詹琦。 ChemNanoMat DOI: 10.1002/cnma.202100459
