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【模块名称】前沿科技——纳米化学【版块一：主题导学】一、专家简介赵东元，1963年6月生，物理化学家，中国科学院院士，复旦大学化学系教授，博士生导师，先进材料实验室主任，美国化学学会会员、国际沸石学会会员、《石油学报》编委、国际权威杂志Journal of Catalysis的海外审稿人，英国《材料化学杂志》副主编。
（一）学习经历赵东元教授，1984年毕业于吉林大学化学系并继续攻读研究生学位，1987年获吉林大学化学系无机化学专业硕士学位，1990年获吉林大学和中科院大连化学物理研究所的理学博士学位，1993年在加拿大里贾纳大学作访问学者，19 95年在以色列魏兹曼研究院(The Weizmann Institute of Science)作了两年的博士后研究，后又到美国休斯顿大学化学系和加州大学圣巴巴拉分校材料和化学系继续深造，获美国化学会1998年度最佳博士后奖。
（二）主要研究工作赵东元教授多年来一直从事微、介孔分子筛材料和纳米材料的合成与结构表征研究。
在国外做博士后期间，他合成了大孔径、壁厚、水热稳定性高、高度有序的SBA-15等介孔分子筛结构（SBA系列），以第一作者身份在Science上发表研究成果，得到国际上认可，论文已被引用2100次以上，推动了介孔材料的发展。
近年来，他合成了18种以复旦大学命名的F DU介孔分子筛新结构，发展了“酸碱对“匹配的合成介孔材料路线，制备了一系列热稳定的、大孔径的、高度有序的介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子筛结构、外貌控制及多相组装机理等方面形成独特见解，为介孔材料的发展和应用做出了贡献。
他在国内外重要学术刊物上发表论文260余篇，包括Science, Nature, Nature Materials, JACS, Ange w. Chem.等，主编书籍1部，参加撰写专著4部章节。
目前申请中国发明专利43项，授权30项。
其研究结果曾被Nature，Nature Materials，Ch em. Mater.作为封面报道，美国材料协会、陶瓷学会、美国化学会、德国应用化学作为新闻进行报道，并受邀在国际刊物Chem. Rev., Acc. Chem. Res., Chem. Commun., Curr. Opinion Solid State Chem., Chem. M ater., J. Mater. Chem.等发表综述文章10余篇。
赵东元Nature子刊综述：介孔材料在能量转换与存储中的应用近期，复旦大学的赵东元院士（通讯作者）及李伟研究员（第一作者）联合美国西北太平洋国家实验室的刘俊教授（通讯作者）共同在国际顶刊Nature Reviews Materials上发表题为“Mesoporous materials forenergy conversion and storage devices”的综述，从有序介孔材料的合成方法和有序介孔材料在能源器件中的主要应用进展两大板块进行了阐述，系统地介绍了介孔材料在能量转换及存储中的最新研究进展，为我们了解介孔材料的最新研究成果提供了非常客观的阅读材料。
下面，针对该综述，小编将从以下四大方面进行概述：1）研究背景2）介孔材料的相关介绍3）介孔材料在能源器件中的应用4）总结从左到右依次为：赵东元院士、刘俊教授和李伟研究员1 研究背景当前，全球80%的能源消耗源于不可再生性的化石能源，包括了煤、石油和天然气。
而使用这些化石能源就不可避免地会产生导致当前全球气候变暖的主要的温室气体——CO2，当然，也同时会产生一些其他的危险气体，如CO、CH4等。
诚然，减缓能源危机的任务十分艰巨，但是研究的核心还是努力构建可持续发展的能源结构。
然而，为实现这些技术的成本与效益的平衡，科学家们还需作进一步的努力，但是，纵观新能源技术的发展过程，发展功能材料具有不可替代的核心作用。
在功能材料中，多孔材料又是这一领域中一颗最闪亮的星星。
根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的定义，多孔材料可以分为三种，分别是：微孔材料（孔径<2 nm）、介孔材料（2="">2><><50 nm）和大孔材料（孔径="">50 nm）。
其中，自从20世纪90年代首次报道介孔材料以来，各种各样的介孔材料层出不穷，而其中基于介孔材料的各项科学技术更是呈现了爆发式增长。
介孔二氧化硅纳米材料的合成与催化性能介孔二氧化硅纳米材料是一种具有广泛应用前景的新材料。
它不仅具有高度的孔隙度和可调节的孔径大小，而且还具有良好的化学稳定性和催化性能，因此被广泛应用于分子筛、催化剂、药物缓释等领域。
本文将介绍介孔二氧化硅纳米材料的制备方法、结构特点以及在催化领域的应用情况。
一、介孔二氧化硅纳米材料的合成介孔二氧化硅纳米材料的合成方法主要有两类：基于硅烷前体的凝胶法和基于表面模板法。
1. 凝胶法凝胶法是目前常用的一种制备介孔二氧化硅纳米材料的方法，其主要步骤包括硅烷前体的水解、缩合、有机模板剂的加入、凝胶形成和模板剂的去除等。
具体而言，硅烷前体首先通过水解缩合反应形成均匀的硅氧网格，然后有机模板剂通过氢键、范德华力等相互作用进入硅氧网格中，最后在适当的条件下，硅氧网格聚合形成介孔二氧化硅纳米材料。
2. 表面模板法表面模板法是一种使用有机小分子作为模板剂形成介孔二氧化硅纳米材料的方法。
具体而言，有机小分子首先在硅烷前体表面吸附，然后硅烷前体发生水解缩合反应形成硅氧网格，同时有机小分子也进入硅氧网格中并形成介孔结构。
最后通过退火等方式去除有机小分子，得到介孔二氧化硅纳米材料。
二、介孔二氧化硅纳米材料的结构特点介孔二氧化硅纳米材料具有高度的孔隙度和可调节的孔径大小，其孔径大小通常在2-50 nm之间。
与孔径大小有关的是模板剂的大小，因为模板剂对介孔结构的形成起着重要的作用。
介孔二氧化硅纳米材料的孔道壁厚度通常在10-20 nm之间，同时具有较大的内表面积和孔体积。
内表面积和孔体积的大小可以通过改变硅烷前体的结构、溶剂的种类和条件等来调节，从而制备出具有不同结构和性质的介孔二氧化硅纳米材料。
三、介孔二氧化硅纳米材料的催化性能介孔二氧化硅纳米材料具有良好的催化性能，主要体现在以下几个方面。
1. 选择性催化由于介孔二氧化硅纳米材料具有可调节的孔径大小和孔道壁厚度，因此可以针对不同的反应分子选择合适的孔径大小和孔道壁厚度，在催化反应中实现选择性催化。
科学是什么？在2022年度上海市科技功臣奖得主、中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元看来，科学是质疑，就是要问“为什么”。
带着这种求知和探索的精神，赵东元长期致力于功能介孔材料的可控合成及其在催化、能源等方面的应用研究，为功能介孔材赵东元养成了一种职业病——平时但凡看到什么材料，他都想把它打成孔。
各种“异想天开”，成为了他科研工作的动力和源泉。
料领域的发展及应用做出了重要贡献，他和他的研究团队原创性提出了有机-有机自组装思想，突破介孔材料研究难题，创制了有序功能介孔高分子和碳材料，曾获得国家自然科学一等奖。
国际学术界评价这项研究的贡献为“先驱”与“里程碑”。
介孔研究的“情有独钟”1963年，赵东元生于沈阳的一个普通工人家庭。
没有接受过什么特别的训练，但他从小就喜欢刨根问底，梦想长大成为一名科学家。
高中时代，他理科成绩优秀，对化学情有独钟，但因为偏科，高考成绩并非特别突出，最后考入我国现代理论化学的开拓者和奠基人唐敖庆为校长的吉林大学化学系。
1998年，赵东元回国任教于复旦大学化学系，带着5个本科生，开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。
何为“介孔材料”？根据国际纯粹与应用化学联合会的定义，孔径小于2纳米的孔称为微孔，大于50纳米称为大孔，而孔径介于2~50纳米之间的称为介孔。
介孔材料，顾名思义，是指孔径为2~50纳米的多孔结构材料。
相比块体材料，介孔材料具有高的比表面积、大的孔径和孔容，可以搭载更多活性物质，实现更快的物质输运。
赵东元表示，介孔材料在能源、健康、信息、环境、安全等领域应用中具有不可替代的地位，早在2019年介孔材料全球市场产值就高达78亿美元。
该研究有着重大的意义：介孔材料的有序孔道可作为“微型反应器”，并且该材料将有望在电极材料、非线性光学材料、化学传感器、微电子技术、光电器件等领域得到广泛应用。
正因为如此，介孔材料从它诞生起就引起国际上物理、生物、化学、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣，也是国际上跨学科的热点前沿领域之一。
介孔二氧化硅纳米导锂离子1. 引言锂离子电池作为一种高效、可重复充放电的储能设备，广泛应用于移动通信、电动汽车和可再生能源等领域。
为了提高锂离子电池的性能，研究人员一直在寻找新的材料来替代传统的碳基负极材料。
介孔二氧化硅纳米材料由于其独特的孔道结构和较大的比表面积，在导锂离子方面显示出了巨大的潜力。
本文将详细介绍介孔二氧化硅纳米材料在导锂离子方面的应用，并讨论其优点、制备方法以及未来发展方向。
2. 介孔二氧化硅纳米材料概述2.1 介孔结构介孔二氧化硅纳米材料具有规整排列的孔道结构，这些孔道具有可调控的直径和长度。
这种结构使得该材料具有较大的比表面积和丰富的活性位点，有利于锂离子在其内部储存和传输。
2.2 物理和化学性质介孔二氧化硅纳米材料具有良好的热稳定性、机械强度和化学惰性。
此外，其表面可以通过改性来调控其亲疏水性、电荷分布等性质，进一步优化锂离子的储存和传输。
3. 介孔二氧化硅纳米材料在导锂离子方面的应用3.1 负极材料介孔二氧化硅纳米材料可以作为锂离子电池负极材料的替代品。
其高比表面积和丰富的活性位点能够提供更多的储存空间和反应位点，从而增加了锂离子的储存量和传输速率。
此外，介孔结构还能够缓解体积膨胀引起的电极材料破裂问题，提高电池的循环寿命。
3.2 正极材料除了作为负极材料，介孔二氧化硅纳米材料还可以作为正极材料进行锂离子储存。
通过调控其表面性质和结构参数，可以实现对锂离子的选择性吸附和储存，提高电池的能量密度和循环稳定性。
3.3 电解液添加剂介孔二氧化硅纳米材料还可以作为锂离子电池电解液的添加剂。
其孔道结构能够吸附和固定电解液中的锂离子，并在需要时释放出来，从而提高电解液中锂离子的浓度和传输速率。
这种添加剂可以减轻锂离子电池在高倍率充放电过程中的极化问题，提高电池的功率密度和循环寿命。
4. 介孔二氧化硅纳米材料制备方法目前，制备介孔二氧化硅纳米材料主要有溶胶-凝胶法、模板法、水热法等。
面向科技前沿创造美好生活——记西安交通大学生命学院教授魏晶徐强;王永梅【期刊名称】《海峡科技与产业》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】1页(P12)【作者】徐强;王永梅【作者单位】【正文语种】中文面向世界科技前沿，他基于超分子模板技术，开发了多种功能性纳米多孔材料。
通过设计合成新型模板分子，实现了材料孔径大小在纳米尺度上的精确调控，进一步构筑了新型纳米催化材料、环境修复材料、储能材料。
基于能源催化中的关键科学问题，采用廉价、易得的天然多酚配合物为碳源，制备了高效的非贵金属电催化材料。
他，就是西安交通大学生命学院教授魏晶。
1986年，魏晶出生于陕西西安。
2003年，获得第17届中国化学奥林匹克（决赛）暨冬令营二等奖，并被保送到复旦大学化学系理科基地班学习，获得理学学士学位。
2013年6月，获得理学博士学位，师从中国科学院院士赵东元教授。
2013年9月—2016年9月，在澳大利亚莫纳什大学化工系从事博士后研究。
同年10月，成为西安交通大学生命学院教授，主要从事新型纳米多孔材料的控制合成及其在新能源、生物医药的应用研究。
在国内求学期间，魏晶博士主要从事新型纳米多孔材料的可控合成及功能化研究。
在纳米尺度上精确调控纳米多孔材料的孔道结构及孔径大小是多孔材料领域研究的重要科学问题之一。
在赵东元教授的指导下，魏晶博士设计合成了一系列新型模板分子，并基于超分子模板技术，合成了多种孔道和孔径大小可控的纳米多孔材料。
提出了溶剂挥发诱导聚集组装的界面组装新策略，为进一步调控材料的结构提供一种新思路。
基于多孔材料，还构筑了多种功能性复合材料，比如多孔金/二氧化硅纳米反应器用于苯乙烯环氧化催化反应、氮掺杂的多孔碳电极材料用于超级电容器及温室气体二氧化碳的捕获等。
在国外工作期间，魏晶博士主要以低温燃料电池技术及海水淡化为导向，设计多种新材料解决相关技术的瓶颈问题。
比如，电催化材料在新能源技术里面起着重要作用，但是所使用的催化材料往往都是贵金属（如铂），开发新型非贵金属材料替代铂可以促进相关技术的大规模应用。
专利名称：一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法专利类型：发明专利
发明人：张坤,侯琼玮,罗琛,赵安琪
申请号：CN201110153544.8
申请日：20110609
公开号：CN102275936A
公开日：
20111214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，该方法使用的模板剂为十六烷基三甲基对甲基苯磺酸盐、碱源为有机小分子胺和无机碱的二元混合物、硅源为四烷基硅酸酯。
原料的摩尔组成为硅源:十六烷基三甲基对甲基苯磺酸盐:有机碱:无机碱:水
=1:0.03~0.06:0.5~2:0.01~0.35:80~500，通过调控有机碱和无机碱的摩尔比率，颗粒的尺寸在50~1000nm范围内可以实现有效调控。
本发明与现有技术相比最显著的优点在于使用十六烷基三甲基对甲基苯磺酸盐作为模板剂分子，可以极大地降低表面活性剂的用量，另外通过二元碱摩尔比率的调控，可以有效调控颗粒最终尺寸。
本发明合成方法简单、周期短、成本低、重复性好，是一种环境友好的合成方法。
申请人：华东师范大学
地址：200241 上海市闵行区东川路500号
国籍：CN
代理机构：上海蓝迪专利事务所
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科学的发现往往发生在偶然之间。
瑞典矿物学家、化学家亚历克斯 • 克朗斯泰特（Alex Cronstedt）将一种采集来的矿物用火焰加热时，惊奇地发现它会发生起泡、膨胀和水蒸气冒出来的现象。
在观察到这一有趣现象之后的1756年，也就是清乾隆二十一年，克朗斯泰特在瑞典学院报告了这个发现，并把这种矿物称为沸石——沸腾的石头——多么形象的名字！但是克朗斯泰特当时并不知道，发生的一切究竟是为什么。
在他之后关于沸石的研究又陷入了长久的沉寂，直到一百多年后，才有研究者证明克朗斯泰特当年观察到的水损失现象是可逆的，也就是说沸石可以在脱水之后再吸水，并且一直循环下去。
另外，有报道表明沸石具有离子交换的特性，即沸石上的金属离子可以被溶液中的金属离子替换下来。
沸石的“真相”现代科学研究表明，沸石其实是一类成分为铝硅酸盐的多孔性结晶材料，具有直径为0.3~1.5nm也就是分子尺寸大小的孔道和空腔。
20世纪初，沸石的商业价值被发掘出来，用于硬水的软化，也就是去除水中过多的钙离子和镁离子，并被添加到洗衣粉中用来改善洗涤效果，这种用途沿用至今。
1925年，沸石分离分子的效应被首次报道，研究证明从孔隙中去除水后，沸石晶体可以根据大小的不同来分离气体分子。
1932年，沸石的这种特性被称为“分子筛”作用，于是它开始有了一个新的名字——分子筛——可以分离分子的筛子，这一名词首次在科学出版物中出现。
受此启发，英国化学家理查德 • 巴勒（Richard Barrer）开始深入研究沸石分子筛的气体吸附性质，并且着手人工合成沸石分子筛。
1948年，他提出一个构想，在模拟地质环境，也就是存在高温以及水沸腾后产生的自生压力的条件下合成沸石分子筛。
在这一思路指导下，首次成功实现了自然界不存在的、具有全新结构的人造沸石分子筛的合成。
这一成功拉开了水热法合成沸石分子筛的序幕。
时至今日，水热反应仍然是实验室合成以及工业生产沸石分子筛的重要方法。
人造沸石时代当时间即将进入1950年代时，沸石分子筛的商业价值愈发凸显。
第19卷第2期 中国药剂学杂志Vol. 19 No.2 2021年3月Chinese Journal of Pharmaceutics Mar. 2021 p.52 文章编号：2617–8117（2021）02–0052–09 DOI:10.14146/ki.cjp.2021.02.003 介孔二氧化硅纳米粒作为药物载体研究进展李艳梅，张宇佳，陈明曦，王东凯*，赵云丽*（沈阳药科大学药学院，辽宁沈阳110016）摘要：目的对介孔二氧化硅纳米粒子（mesoporous silica nanoparticles, MSN）的种类和制备以及在药物研究中的应用和安全性进行综述。
方法查阅近年来国内外有关介孔纳米二氧化硅粒子的文献38篇，并对其进行分析，整理，归纳，总结。
结果介孔二氧化硅纳米粒子在药物研究中应用广泛，但要注意潜在的安全性问题。
结论MSN因其独特的结构而作为一种不可或缺的新兴药物载体，因其良好的生物相容性而被广泛用于生物医学领域，实现靶向治疗。
关键词：药剂学；综述；介孔二氧化硅纳米粒子；载体；靶向中图分类号：R94 文献标志码：A传统的药物载体在制备、应用以及储存过程中，容易受内部或外界等因素的影响结构发生变化，导致其载药稳定性变差和生物功能降低。
而无机药物载体如二氧化硅不仅物理稳定性好，而且因其独特的孔道结构还易于表面化，因此更容易实现靶向治疗，从而降低不良反应发生的频率[1]。
介孔材料不仅具有很高的比表面积，而且孔径大小可调，孔道结构有序，因此作为一种无机药物载体有助于完成大分子的吸附、分离，可以作为大分子药物有利载体。
介孔二氧化硅纳米载体经过修饰能够以高效、可控的方式输送药物到达肿瘤部位，提高抗肿瘤效率，增强药物的生物利用度，从而避免了药物提前释放而造成的毒副作用[2]，在生物医药领域具有不可或缺的作用。
此外，有文献报道介孔二氧化硅纳米粒子（mesoporous silica nanoparticles, MSN）在水质净化、气体污染物治理、光催化降解有机物等方面有明显的效果[3]，为绿色发展提供了可能。
专利名称：三维孔道相互连通的纳米结晶介孔光催化剂及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：董维阳,孙尧俊,赵东元,华伟明
申请号：CN201210333281.3
申请日：20120911
公开号：CN102824931A
公开日：
20121219
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于无机先进材料和水中污染物去除技术领域，具体为一种三维孔道相互连通的纳米结晶介孔光催化剂及其制备方法。
该介孔光催化剂由两维六方结构、直孔道、大孔径纳米复合介孔氧化物材料在NaOH溶液中通过刻蚀孔壁内无定形SiO纳米颗粒，再经洗涤、干燥、活化过程而制得。
新催化剂孔径范围为1–20nm，BET比表面积为80–900m/g；热稳定性高于400℃。
在室温与紫外光照射下，该介孔光催化剂于液相中降解阳离子、阴离子染料的性能是原相应的两维六方结构、直孔道纳米复合介孔材料的2–10倍；降解藻毒素的性能是原相应的两维六方结构、直孔道纳米复合介孔材料的1.3–6倍。
申请人：复旦大学
地址：200433 上海市杨浦区邯郸路220号
国籍：CN
代理机构：上海正旦专利代理有限公司
代理人：张磊
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spectroscopy via an in situ TEM heating technique.A sintering process is proposedgravitational potential from the height of the uneven internal surface of the about3and5nm becomes short after migration,the coalescence process isconduction electron cloud outside the Au NPs.The supports containing an coalescence.Ourfindings provide the understanding toward the rational design of activity and stability for applications such as batteries,catalysis,drug delivery,nanoparticles.mesoporous materialsHerein,taking Au-SBA-15for an example,we report migration of metal Au NPs inside the ordered mesopore channels via combined in situ heating TEM observations including scanning transmission electron microscopy(STEM)and electron energy loss spectros-copy(EELS)up to700°C.It is thefirst time the migration of Au NPs along a mesochannel and even migration from a mesochannel to neighboring one is observed.A particle migration mechanism is proposed where particle migration is driven by the difference of gravitational potential from the height of the uneven internal surface of the mesopores;subsequently,when interparticle distance becomes short,a conduction electron cloud outside the metal NPs can expand similarly to the stretching of an“octopus-claw”,and eventually metal NPs merge with each other. RESULTS AND DISCUSSIONThree ordered mesoporous silica SBA-15with differ-pore diameters were synthesized via changing the hydrothermal treatment temperature from60to100to °C and chosen as the supports.The explanation for names of samples,Au-SBA-15-T1-T2,is listed,the mass ratio of Au to SiO2in all samples:0.5wt%;T1: hydrothermal temperature of SBA-15;T2:pretreat-ment temperature of as-made Au-SBA-15.SAXS pat-terns(Figure S1in Supporting Information)and N2adsorption/desorption isotherms(Figure S2in porting Information)demonstrate that all three sam-ples have highly ordered mesostructure with dimensional(2-D)hexagonal(p6mm)symmetry. BarrettÀJoynerÀHalenda(BJH)pore size distribution curves(Figure S3in Supporting Information)showthe pore diameters of SBA-15-60,SBA-15-100, SBA-15-130are5.8,9.2,and11.8nm,respectively. The micropore volumes inside the mesopore walls the three supports(Table S1)are calculated to∼0.01cm3/g(SBA-15-60),0.09cm3/g(SBA-15-100). and0.04cm3/g(SBA-15-130),confirming the existence of an uneven internal surface of the mesochannels. for the SBA-15-130sample,the micropore volume decreases after high hydrothermal temperature treat-ment(at130°C)because the micropores inside silica pore walls become the mesotunnels connecting the neighboring mesopores.To confirm whetherAu NPs were successfully confined inside the channels of mesoporous silica SBA-15,N2adsorption/desorption isotherms and TEM analysis were carried out after metal Au NPs with a size of∼3nm were loaded into SBA-15supports.The N2adsorption/desorption therms(Figure1I)exhibit a type IV curve with an hysteresis loop,indicating that the structure ofAu-SBA-15-100-300sample is similar to that of same sample without loading Au NPs.Moreover,Figure1.(I)N2adsorptionÀdesorption isotherms of(a)SBA-15-100sample and(b)Au-SBA-15-100-300sample(in order observed clearly,the ordinate of adsorptionÀdesorption isotherms of sample b increased byþ400)and(inset)pore distribution curves calculated from the absorption branch of samples a and b by the BJH method.(II)Low-magnification high-magnification(inset)TEM images of sample b.(III)Conversions of benzyl alcohol under gas phase oxidation over sample (SBA-15À100),sample b(Au-SBA-15-100-300)after calcination at300°C,and sample c(Au-SBA-15-100-500) calcination at500°C.(IV)TEM image of sample c.electron beam as much as possible,the sample was exposed to the electron beam only when acquiring the images.Therefore,the particle migration should be driven by the uneven internal surface of the meso-channels.Eventually,the Au NP migrated and collided with a neighboring NP,followed by coalescence into a bigger one (Figure 2a,b).Compared with the particle size distribution in Figure S7,the particle size distribu-tion in Figure S10shows that the particles with 4.0nm diameters are the maximum in all particles due to particle migration and coalescence.While the sample was heated to 700°C,high spatial resolution EELS analyses were performed only withinFigure 2.(a,b)STEM-HAADF images of the Au-SBA-15-100-300sample under in situ TEM heating experiment at di ffer-ent heating temperatures:(a)550°C and (b)700°C.(c)Microarea EELS for particle A and particle B in panel a under in situ TEM heating experiment at 700°C,showing the particle migration and the evolution of the conduction electron cloud outside the Au nanoparticles under in situ TEM heating conditions;when the distance of two particles becomes close enough (e 1nm)(b-1h),the original two individual particles are completely coalesced within 8h (b-9h).Figure3.STEM-HAADF images of the Au-SBA-15-100-300 sample after calcination at300°C under in situ TEM heating experiment at different heating temperatures:(a)0h,(b)1h at 550°C;(c)0h,(d)1h at550°C;(e)0h,(f)1h at700°C,showing particle migration under in situ TEM heating conditions. particle A,particle B,and the interface between parti-cles A and B(Figure2c).The area covered by the electron beam could be well-controlled smaller than 0.3nm size,thus guaranteeing enough spatial resolu-tion.Three peaks located at∼15.5,24.5,and32.1eV of the EELS excitation energy were observed,which could be assigned to the plasmon peaks and intraband electron transitions of Au.31Similar experimental phenomena were observed under different annealing conditions.When directly heated to550and700°C,the particles'migration along the mesochannels and coalescence was simul-taneously observed(Figure3).In addition,Ostwald ripening took place in a few regions when the particle size distribution was uneven(Figure S11).The influence of the substrate morphology might play key roles in the sintering behavior of the sup-ported metal NPs.Herein,the same amount of Au nanoparticles was loaded into the three different mesoporous silica SBA-15with various pore sizes (Table S1).Careful STEM-HAADF images(Figure S12aÀc) show that Au NPs were homogeneously dispersed inside the mesopore channels.The main size distribu-tions of the Au-SBA-15-60-300,Au-SBA-15-100-300,and Au-SBA-15-130-300samples were6,3,and11nm (Figures S13,S14,and S15),respectively.Evidently,the SBA-15-60(mesopore diameter=5.8nm)and SBA-15-130(mesopore diameter=11.8nm)supports facilitate the sintering of gold NPs inside the mesopores.However,Scheme1.Particle migration model:(A)particle migration and coalescence mechanism of Au nanoparticles in the mesopore channels of ordered mesoporous silica SBA-15;particle coalescence induced by octopus-claw-like expansion of the conduction electron cloud.confirming that high temperature can cause a lower energy plasmon resonance(i.e.,the expansion of con-duction electron cloud outside the Au NPs).Therefore, induced by the expansion of the conduction electron cloud as a result of high temperature instead of the coupling effect of plasmon,suggesting that there could be electron tunneling30between particles prior coalescence,the Au NP A can coalesce with neighboring one B,forming a bigger particle (arrows in Figure2b).CONCLUSIONSIn summary,we put forward a particle migration mechanism that is driven by the difference of gravita-tional potential from the height of the uneven internal surface of the mesopores.Moreover,when the dis-tance of two particles becomes close enough(e1nm), particle coalescence induced by“octopus-claw-like expansion of the conduction electron cloud is com-pleted within8h(Scheme1A,B).The morphology inside the mesochannels of the ordered mesoporous silica SBA-15plays an important role in the sintering behavior of Au NPs.To suppress the agglomeration metal particles,two key factors should be highlighted: uniform size distribution of metal NPs;(2)supports。
