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  納米多孔材料在吸附分離、催化、能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中，有序介孔材料作為一類孔徑為2 ~ 50 nm的納米孔材料，因其均勻的孔徑、規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)以及豐富的表界面性能尤為引人注目。基于兩親性分子的超分子軟模板合成技術(shù)在介孔材料合成研究方面起到核心作用。目前，常規(guī)非晶態(tài)介孔材料，如二氧化硅、碳材料等可以通過使用常規(guī)市售兩親性分子作為軟模板劑(如季銨鹽類、聚醚類等)十分容易地合成得到。相比而言，具有晶態(tài)骨架的介孔金屬氧化物材料，尤其是過渡金屬氧化物，有望顯示獨(dú)特的光、電、熱、磁等效應(yīng)，并將在能源轉(zhuǎn)化、催化與傳感等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的應(yīng)用價(jià)值(如圖1)。

  然而常規(guī)軟模板劑存在易分解、分子量低等不足，無法有效地合成高比表面積、高度有序、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的介孔金屬氧化物材料。因此，晶態(tài)介孔金屬氧化物半導(dǎo)體材料的可控合成是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。解決這一問題的有效途徑之一是設(shè)計(jì)合成新型的具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、高殘?zhí)悸实膬捎H性軟模板劑分子，其親水端與金屬氧化物前驅(qū)體的相互作用，所形成的復(fù)合(締合物)分子在一定條件下發(fā)生微相分離，形成有序介觀結(jié)構(gòu)，其中的疏水鏈段一方面起到支撐結(jié)構(gòu)的作用，另一方面在被燒處理后能夠形成豐富的殘?zhí)甲鳛槎嗫坠羌艿闹危乐菇榭捉Y(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌。高分子活性聚合是合成兩親性嵌段共聚物的重要手段，比如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法（ATRP）等可以用于設(shè)計(jì)具有預(yù)定組成和序列的兩親性共聚物。

圖1  基于兩親性嵌段共聚物可控誘導(dǎo)共組裝法合成有序介孔金屬氧化物及其應(yīng)用

  復(fù)旦大學(xué)鄧勇輝教授在《高分子學(xué)報(bào)》2018年第11期上發(fā)表的特約綜述中，分別從金屬無機(jī)鹽-聚合物模板、金屬簇化合物-聚合物模板、金屬納米晶-聚合物模板相互作用三個(gè)層面闡述當(dāng)前兩親性嵌段共聚物與金屬前驅(qū)體的組裝方式。從聚合物模板劑的制備與組裝出發(fā)，詳細(xì)闡述了聚合物模板誘導(dǎo)組裝法在合成介孔金屬氧化物中的組裝特點(diǎn)、組裝機(jī)理以及微納結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，并分析了聚合物模板誘導(dǎo)合成法在制備有序介孔金屬氧化物方面所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。由于其豐富的物化特性和新穎的介孔結(jié)構(gòu)，有序介孔金屬氧化物將逐步成為納米光電器件、納米催化載體以及化學(xué)傳感的核心材料。

  該綜述對當(dāng)前典型的介孔金屬氧化物合成策略進(jìn)行了總結(jié)(如圖2)，其中包括界面效應(yīng)、溶劑誘導(dǎo)組裝、積碳支撐等合成策略，并對比了不同前驅(qū)體在組裝中的優(yōu)勢及適用條件。

圖2  三類不同前驅(qū)體與嵌段共聚物協(xié)同共組裝合成有序介孔金屬氧化物示意圖

  最后，作者對該方向的發(fā)展提出了前瞻性的預(yù)期。有序介孔金屬氧化物材料作為一種人工設(shè)計(jì)合成的無機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料，其合成與結(jié)構(gòu)調(diào)控強(qiáng)烈依賴高分子模板劑的組成及其與無機(jī)源的可控組裝。因此，需要充分研究特定高分子共聚物模板劑的性質(zhì)及組裝行為，在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)控前驅(qū)體與模板劑的組裝方式、控制前驅(qū)體的水解交聯(lián)過程、引入恰當(dāng)?shù)臉蜻B分子等手段，實(shí)現(xiàn)兩者之間的可控組裝及微相分離。選擇恰當(dāng)?shù)拿撃０鍎┓绞?如煅燒、回流、臭氧處理等)，得到高度有序的金屬氧化物半導(dǎo)體材料。因此，該類材料的合成是跨學(xué)科研究領(lǐng)域的課題，相信隨著高分子化學(xué)與物理、無機(jī)合成化學(xué)以及超分子化學(xué)等多領(lǐng)域的互通與滲透，介孔金屬氧化物材料的合成與應(yīng)用將得到進(jìn)一步發(fā)展。各種高性能、高比表面積及高結(jié)晶性的有序介孔金屬氧化物有望被合成出來，并廣泛應(yīng)用于能源、催化、微電子器件、傳感器裝備等領(lǐng)域。

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