加州大學伯克利分校Nat. Mater.：用于混合金屬氧化物的分子交聯法

【引言】

全球快速工業化導致陸地元素資源高度緊張，諸如鐵，硅，鈦和鋁等元素的氧化物因地表含量豐富而極具吸引力，同時它們在能量儲存，催化作用和采光等重要領域有著重要作用。然而，這些金屬氧化物介導轉化過程的能力是有限，通過溫和而簡單的方法對這些材料性能進行微調以達到高的轉化效率仍然具有挑戰性。最近，有學者報道了用分子交聯的方法改性金屬氧化物。

【成果簡介】

近日，加州大學伯克利分校的Alexander M. Spokoyny (通訊作者)等人在Nat. Mater.上發布了一篇關于金屬氧化物的文章，題為“A molecular cross-linking approach for hybrid metal oxides”。作者創新的通過“分子交聯”法成功地對金屬氧化物進行了改性。其中混合分子氧化硼材料由多面體硼簇前體形成，這種新方法由硼簇分子結構單元固有的堅固性所支持的，該結構與金屬氧化物合成所需苛刻的熱學和氧化條件相容。文中，作者利用一系列實驗技術和材料模擬手段，展示了這種材料如何與TiO₂和其他金屬氧化物成功對接，從而制備出了具有優異光物理和電化學特性的富硼雜化材料。

【圖片導讀】

圖1 現有制備方法概述

(a) 金屬氧化物化學改性的不同方法:使用有機和無機染料敏化金屬氧化物表面；

(b) 材料合成的綜合路徑；

(c) 材料3的漫反射UV-vis數據。

圖2 材料3的結構數據

(a) 商用TiO2和材料3的PXRD圖揭示了在銳鈦礦相中存在TiO₂晶體；

(b) 材料3的TEM圖像；

(c) 材料3的STEM圖像，顯示了嵌入材料2中的致密TiO₂納米顆粒；

(d) [NnBu₄]₂[B₁₂(OH)1₂] 的硼1s區在187.8eV和191.2eV處顯示兩個峰；

(e) 材料3的鈦2p區域分別在459.1eV和464.8eV處顯示出峰；

(f) TiO₂，材料2和3的氧1s區域。

圖3 銳鈦礦TiO2和材料3 的XANES和EXAFS數據

(a) 材料3的XANES測量結果與銳鈦礦TiO2的測量結果進行比較；

(b) 材料3和銳鈦礦的k平方加權EXAFS函數。

圖4 固態硼的 MAS NMR和PDF分析

(a) 材料3的固態1D單脈沖11B MAS NMR(頂部)和11B {1H} CP-MAS(底部)光譜；

(b) 材料2的2D J-介導的(通過鍵)11B {11B}相關譜；

(c) 材料2和3的PDF分析；

(d) 使用B₂O₃和無定形硼控制材料2和3的附加PDF分析。

圖5 材料電化學性質的數據3

(a) 材料2和3在室溫下的EPR光譜；

(b) 鐵-亞鐵氰化物的氧化還原CV曲線；

(c) 材料3，銳鈦礦和金紅石TiO₂的電子轉移速率常數；

(d) 袋式電池超級電容器的示意圖；

(e) 袋型超級電容器的CV曲線；

(f) 恒電流充電/放電曲線。

圖6 材料3的電化學性質數據

(a-c) 三種染料的光催化降解；

(d) 紫外可見光譜。

【小結】

作者通過TiO₂的成功改性證實了分子交聯可作為實現金屬氧化物材料性質變化的一種新策略。實驗結果表明，分子交聯的方法可以用到含有ZrO₂的雜化材料。材料的獨特結構顯著改善了的電和光化學行為，文中通過快速電子轉移速率，低電阻率和在紅光下降解常見染料污染物的能力證明了性能的提高。

文獻鏈接：A molecular cross-linking approach for hybrid metal oxides (Nat. Mater., 05 March, 2018 , DOI: 10.1038/s41563-018-0021-9）

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。
投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。
材料測試、數據分析，上測試谷！