中空多殼層結(jié)構(gòu)（HoMS）是一類具有多個(gè)殼層及多個(gè)空腔的中空多級(jí)結(jié)構(gòu)。多個(gè)殼層、空腔之間保持著嚴(yán)格的空間順序關(guān)系，使得能量或物質(zhì)在穿過中空多殼層結(jié)構(gòu)時(shí)，必須由外至內(nèi)或由內(nèi)至外依次經(jīng)過每一個(gè)殼層，展現(xiàn)出嚴(yán)格的時(shí)間和空間順序，即時(shí)空順序性。HoMS的這種獨(dú)有屬性，使得HoMS材料在能源儲(chǔ)存、催化、藥物緩釋、吸波等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特且優(yōu)異的性能。我們課題組發(fā)展了一種普適的合成方法，即次序模板法，實(shí)現(xiàn)了HoMS組成與微納結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控?？紤]到分子在不同晶面的結(jié)合能不同，設(shè)計(jì)合成暴露特殊晶面的HoMS材料對調(diào)控催化反應(yīng)活性顯得尤為重要，但目前仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。由于MOFs的金屬離子具有拓?fù)溆行虻呐挪挤绞?，我們預(yù)期在合適的條件下，這類周期性的結(jié)構(gòu)屬性能夠被保留在由其衍生的金屬氧化物中。
我們發(fā)現(xiàn)具有十二面體結(jié)構(gòu)的ZIF-67晶體表面由（001）和（011）晶面組成。而Co原子在其中的排布方式與Co3O4（111）晶面上的Co原子排布方式具有高度相似性。這種相似的結(jié)構(gòu)使得以ZIF-67作為前驅(qū)體時(shí)，只需經(jīng)過簡單的拓?fù)浞磻?yīng)，即可實(shí)現(xiàn)從ZIF-67向以（111）為優(yōu)勢暴露晶面的Co3O4-HoMS的轉(zhuǎn)換，從而獲得了更高的催化CO2還原的能力。本研究工作為開發(fā)具有精細(xì)殼層結(jié)構(gòu)的微納復(fù)合材料提供了新策略。
The authors have succeeded in controlling the arrangement and orientation of facets in hollow multi-shelled cobalt oxide catalysts, resulting in high activity in the photocatalytic reduction of CO2 to potentially useful hydrocarbons.
中國科學(xué)院過程工程研究所
Institute of Process Engineering, CAS
Hollow Multi-Shelled Structures of Co3O4 Dodecahedron with Unique Crystal Orientation for Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction
2019,?Vol.?141,?No.?6,?2238-2241
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b13528
