毫米超粒子（Supraparticles）是通過(guò)直接組裝納米顆粒而形成具有宏觀尺寸的結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程無(wú)需添加粘結(jié)劑，在工業(yè)催化、吸附等領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。在過(guò)去幾十年里，先后發(fā)展了溶液組裝方法和液滴組裝策略，然而這些方法制備的超粒子通常尺寸在納米到微米范圍，機(jī)械強(qiáng)度低，難以調(diào)控內(nèi)部組分、納米顆粒堆積緊密程度及形貌，而且需要超疏水的基底材料。 山西大學(xué)楊恒權(quán)教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種“自下而上”組裝制備毫米超粒子的新方法。該方法通過(guò)在液珠內(nèi)部組裝帶相反電荷的納米顆粒，制備了強(qiáng)度可達(dá)到50 N（每個(gè)顆粒承載力）的毫米超粒子，能夠滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒相互連接形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯著抑制了液珠內(nèi)部的液體流動(dòng)和納米顆粒的不均勻沉積，從而改變了納米顆粒的組裝行為，避免了“咖啡環(huán)”效應(yīng)所導(dǎo)致的非球性形貌；納米顆粒之間的靜電相互作用會(huì)影響納米顆粒的堆積和機(jī)械強(qiáng)度，而這些作用可以通過(guò)調(diào)控顆粒尺寸、電荷密度和離子強(qiáng)度進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。該制備方法具有普適性，通過(guò)在帶相反電荷的二元體系中引入第三種納米顆粒，可以制備出一系列三元毫米超粒子?；谠摲椒?，將含有酸、堿和金屬位點(diǎn)的催化劑精確組裝到毫米超粒子中，構(gòu)建串聯(lián)催化劑，該催化劑的固定床反應(yīng)器中展現(xiàn)了良好的催化效率和出色的穩(wěn)定性（200小時(shí)），其優(yōu)異的催化性能歸因于催化位點(diǎn)既空間上接近又空間上隔離。 該研究突破了現(xiàn)有方法難以制備毫米超粒子的局限性，為設(shè)計(jì)工業(yè)所需的高強(qiáng)度、多組分串聯(lián)催化劑提供了新思路。
圖1 高強(qiáng)度超粒子的制備及連續(xù)流動(dòng)串聯(lián)催化。（a）多組分、高強(qiáng)度毫米超粒子串聯(lián)催化劑構(gòu)筑。（b）在串聯(lián)催化縮醛合成腈基酯中催化活性中心距離與反應(yīng)收率關(guān)系。（c）縮醛一鍋制腈基酯連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)結(jié)果。 論文信息 Facile Fabrication of Robust Supraparticles for Spatially Orthogonal Cascade Catalysis Nan Xue, Shengjie Li, Hengquan Yang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202425342
