研究内容
模仿植物和节肢动物的多节点结构，精确设计的多段纳米结构展现出超越单个组件的增强协同性能和卓越功能。利用胶束组装来构建片段可以实现精确的结构控制，但需要管理从分子到介观水平的相互作用和组装，这是一个重大的挑战。
复旦大学赵东元/赵天聪提出了一种逐步自组装策略来制备多段介孔二氧化硅（mSiO2）纳米竹。由于多段和多层介观结构，纳米竹可以显著限制气体流动，导致导热系数非常低（41.67 mW·m−1·K−1）。通过将多段mSiO2纳米竹与纤维素纳米纤维混合，可以获得机械稳定、重量轻、多孔且具有超低导热性（19.85 mW·m−1·K−1）的气凝胶，验证了它们在隔热装置中的潜力。相关工作以“Stepwise Self-Assembly of Multisegment Mesoporous Silica Nanobamboos for Enhanced Thermal Insulation”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
研究要点
要点1. 作者报告了一种逐步自组装策略，用于合理合成均匀的多段mSiO2纳米竹。纳米竹的特征是16-25个梭形介孔段端到端成直线连接，形成总长度约为0.7-1.0 μm的主链。每个单独的片段由10−13个平行层组成，平均层厚度约为2.5 nm。这种形成归因于CTAB和DODAC在双层胶束上的协同组装，双层胶束将小面排列成超多层结构。
要点2. 原位测试证明，这种多段介孔纳米竹的形成是由小双层胶束单元形成梭形段开始的，然后进一步组装形成纳米竹。这种逐步自组装可以从动力学的角度进行调节，从而获得具有不同长度和分支形态的多段介孔纳米结构。
要点3. 由于多段和多层介观结构，纳米竹可以显著限制气体流动，导致导热系数非常低（41.67 mW·m−1·K−1）。通过将多段mSiO2纳米竹与纤维素纳米纤维混合，可以获得机械稳定、重量轻、多孔且具有超低导热性（19.85 mW·m−1·K−1）的气凝胶，验证了它们在隔热装置中的潜力。
这种多段介孔纳米竹子的制备增强了对微米级组装的理解，为精确控制复杂结构奠定了基础。
研究图文
图1.多段介孔二氧化硅（多段mSiO2）纳米竹的合成和表征。
图2.结构可控性。
图3.自组装过程的表征。
图4.逐步自组装策略机制的示意图。
图5.mSiO2纳米竹和分级多孔纤维素/mSiO2气凝胶的结构设计和隔热性能。
文献详情
Stepwise Self-Assembly of Multisegment Mesoporous Silica Nanobamboos for Enhanced Thermal Insulation
Xirui Huang, Tingting Ren, Runfeng Lin, Zirui Lv, Sixing Yin, Yifei Xu, Yupu Liu, Chin-Te Hung, Min Wang, Xiaomin Li, Tiancong Zhao,* Dongyuan Zhao*
J. Am. Chem. Soc.
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c05154
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