Schematisk representation av bildningsprocessen av hierarkiskt mesoporösa TiO2-mikrosfärer med enkristallliknande porvägg genom förångningsdriven orienterad montering (a). SEM-bild av en enda ultramikrotomerad, radiellt orienterade hierarkiskt mesoporösa TiO2-mikrosfärer (b). Insättning:Strukturmodeller för de radiellt orienterade kanalerna med interkanalporer. TEM-bild av en enda ultramikrotomerad, hierarkiskt mesoporösa TiO2 -mikrosfärer (c). Insättning:SAED-mönstret taget från området med cylindriska porknippen med [010] incidens. Kredit:Science China Press
Sedan den första upptäckten av fotokatalytisk vattendelning på en TiO 2 elektrod under ultraviolett (UV) ljus, TiO 2 material har undersökts mycket under de senaste decennierna på grund av deras unika egenskaper såsom icke-toxicitet, överflöd, enkel tillgänglighet, och stabilitet. För tillfället, TiO 2 material har stora möjligheter i tillämpningarna från de konventionella områdena (t.ex. pigment, kosmetisk, och tandkräm) till de senast utvecklade områdena inklusive katalys, energilagring och omvandling, biomedicin, miljösanering och så vidare. Utöver alla frågor, TiO 2 material får nya kandidater att övervinna energin, miljö, och hälsoutmaningar som mänskligheten står inför idag.
Nyligen, olika TiO 2 nanomaterial med olika strukturer har tillverkats och applicerats på olika områden och avslöjar utmärkta prestanda. Bland dem, mesoporös TiO 2 material, speciellt med hierarkiskt mesoporösa strukturer, har fått ökat intresse på grund av sina attraktiva egenskaper, såsom höga ytor, stora porvolymer, avstämbara porstrukturer, och nano-begränsade effekter. Dessa funktioner möjliggör hög prestanda hos hierarkiskt mesoporös TiO 2 material på många områden. Den höga ytan kan ge rikligt med aktiva platser för yt- eller gränssnittsrelaterade processer såsom adsorption och katalys. Den stora porvolymen har visat stor potential i laddning av gästarter och anpassning av strukturförändringar. Och den porösa strukturen kan underlätta spridningen av reaktanter och produkter, vilket är fördel för reaktionskinetiken.
I en ny recension publicerad i National Science Review , forskare vid Institutionen för kemi vid Fudan University, Kina, presentera de senaste framstegen inom syntesen av hierarkiskt mesoporösa TiO 2 material för energi- och miljötillämpningar. Medförfattare Wei Zhang, Yong Tian, Hej hej, Li Xu, Wei Li, och Dongyuan Zhao sammanfattar de allmänna syntetiska strategierna (mallfri, mjuk mall, och rutter med hårda mallar och multipla mallar) för hierarkiskt mesoporös TiO 2 material först.
Senare, de granskar representativa morfologier av hierarkiskt mesoporös TiO 2 material (nanofibrer, nanoblad, mikropartiklar, filmer, sfärer, kärna-skal strukturer, och flernivåarkitekturer), under tiden, motsvarande syntetiska mekanismer och nyckelfaktorerna för den kontrollerbara syntesen av hierarkiskt mesoporös TiO 2 material med olika arkitekturer lyfts fram. Dessutom, de diskuterar tillämpningarna av hierarkiskt mesoporös TiO 2 material när det gäller energilagring och miljöskydd, inklusive fotokatalytisk nedbrytning av föroreningar, fotokatalytisk bränslegenerering, fotoelektrokemisk vattenklyvning, kemisk katalys, litiumjonbatterier och natriumjonbatterier. Till sist, författarna beskriver utmaningarna och framtida riktningar för forskning och utveckling inom detta område.
