Hierarkisk mesoporøse titaniumdioxidmaterialer til energi- og miljøanvendelser

Siden den første opdagelse af fotokatalytisk vandspaltning på en TiO ₂ elektrode under ultraviolet (UV) lys, TiO ₂ materialer er blevet bredt undersøgt i løbet af de sidste par årtier på grund af deres unikke egenskaber såsom ikke-toksicitet, overflod, let tilgængelighed, og stabilitet. I øjeblikket, TiO ₂ materialer har store potentialer i anvendelserne fra de konventionelle områder (f.eks. pigment, kosmetik, og tandpasta) til de seneste udviklede områder, herunder katalyse, energilagring og omdannelse, biomedicin, miljøsanering og så videre. Ud over alle spørgsmål, TiO ₂ materialer gør nye kandidater til at overvinde energien, miljø, og sundhedsmæssige udfordringer, som menneskeheden står over for i dag.

For nylig, forskellige TiO ₂ nanomaterialer med forskellige strukturer er blevet fremstillet og anvendt i forskellige områder og viser fremragende ydeevne. Blandt dem, mesoporøs TiO ₂ materialer, især med hierarkisk mesoporøse strukturer, har fået stigende interesse på grund af deres attraktive funktioner, såsom høje overfladearealer, store porevolumener, afstembare porestrukturer, og nano-begrænsede effekter. Disse funktioner muliggør den høje ydeevne af hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer på mange områder. Det høje overfladeareal kan give rigelige aktive steder til overflade- eller grænsefladerelaterede processer såsom adsorption og katalyse. Det store porevolumen har vist et stort potentiale i belastning af gæstearter og tilpasning af strukturelle ændringer. Og den porøse struktur kan lette diffusionen af ​​reaktanter og produkter, hvilket er gavnligt for reaktionskinetikken.

I en ny anmeldelse offentliggjort i National Science Review , forskere ved Institut for Kemi på Fudan University, Kina, præsentere de seneste fremskridt i syntesen af ​​hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer til energi- og miljøanvendelser. Medforfattere Wei Zhang, Yong Tian, Hej hej, Li Xu, Wei Li, og Dongyuan Zhao opsummerer de generelle syntetiske strategier (skabelonfri, blød skabelon, og hard-template og multiple-template-ruter) for hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer for det første.

Efterfølgende de gennemgår de repræsentative morfologier af hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer (nanofibre, nanoark, mikropartikler, film, kugler, kerne-skal strukturer, og multi-level arkitekturer), i mellemtiden, de tilsvarende syntetiske mekanismer og nøglefaktorerne for den kontrollerbare syntese af hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer med forskellig arkitektur fremhæves. I øvrigt, de diskuterer anvendelserne af hierarkisk mesoporøs TiO ₂ materialer i form af energilagring og miljøbeskyttelse, herunder fotokatalytisk nedbrydning af forurenende stoffer, fotokatalytisk brændstofproduktion, fotoelektrokemisk vandopdeling, kemisk katalyse, lithium-ion-batterier og natrium-ion-batterier. Endelig, forfatterne skitserer udfordringerne og fremtidige retninger for forskning og udvikling på dette område.