來(lái)源：頂刊收割機(jī)

趙東元教授，中國(guó)科學(xué)院院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士，物理化學(xué)家。1984、1987、1990年分別獲吉林大學(xué)本科、碩士和博士學(xué)位，隨后進(jìn)入沈陽(yáng)化工學(xué)院先后擔(dān)任講師、副教授，1993-1998年先后在維茨曼科學(xué)研究所、休斯頓大學(xué)、加州大學(xué)圣巴巴拉分校從事博士后研究，1998年擔(dān)任復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授，2022年6月任內(nèi)蒙古大學(xué)能源材料研究院院長(zhǎng)。主要從事介孔材料、納米功能材料的可控合成與應(yīng)用研究，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，在Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., Nat. Commun., Sci. Adv., JACS, Angew, Adv. Mater.等頂刊發(fā)表論文800余篇，被引15萬(wàn)余次，H因子193。榮獲國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、何梁何利科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)化學(xué)會(huì)-化學(xué)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、中國(guó)分子篩成就獎(jiǎng)、國(guó)際介觀結(jié)構(gòu)材料協(xié)會(huì)成就獎(jiǎng)等重要獎(jiǎng)項(xiàng)。自2012年起連續(xù)被Clarivate Analytics列為全球化學(xué)、材料領(lǐng)域高被引科學(xué)家，被斯坦福大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院列為全球所有領(lǐng)域科學(xué)家Top1000。現(xiàn)任ACS Central Science執(zhí)行編輯和National Science Review副主編。

在此簡(jiǎn)單盤(pán)點(diǎn)精選了趙東元院士團(tuán)隊(duì)2025年度部分研究工作，分享給大家！由于小編水平有限，如果存在遺漏的優(yōu)秀工作，請(qǐng)多包涵。

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Nat. Nanotechnol.：具有多腔介孔分支的類(lèi)似槳葉的自攪拌納米反應(yīng)器，用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的雙重動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)反應(yīng)

開(kāi)發(fā)能夠?qū)⑼獠看碳まD(zhuǎn)化為納米級(jí)自持續(xù)運(yùn)動(dòng)（例如自旋轉(zhuǎn)）的人工納米材料系統(tǒng)，并同時(shí)整合和部署多個(gè)活性位點(diǎn)的空間定位以揭示分子的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模式，對(duì)于綠色合成化學(xué)而言具有重要意義。

2025年5月13日，內(nèi)蒙古大學(xué)（復(fù)旦大學(xué)）趙東元院士、劉健教授、馬玉柱教授及吉林大學(xué)朱有亮研究員等人展示了一種槳狀的自攪拌介孔二氧化硅納米反應(yīng)器系統(tǒng)，其具有分隔的腔室和可控制的活性位點(diǎn)間距。該納米反應(yīng)器通過(guò)將磁性Fe3O4（約20納米）封裝在第一個(gè)腔室中進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，Au和Pd納米晶體在不同區(qū)域被空間隔離。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，這種納米反應(yīng)器能產(chǎn)生納米級(jí)旋轉(zhuǎn)，并在 5,6-二甲基菲啶的串聯(lián)合成中表現(xiàn)出比傳統(tǒng)宏觀攪拌高一個(gè)數(shù)量級(jí)的活性（選擇性為 96.4%）。同時(shí)，定量揭示了旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的活性中間體順向和逆向轉(zhuǎn)移的增強(qiáng)，從而揭示了自旋轉(zhuǎn)和鄰近效應(yīng)在控制催化性能方面的重要性。

圖1-1 槳狀多室介孔納米反應(yīng)器

Ma, Y., Guo, P., Ma, B. et al. Paddle-like self-stirring nanoreactors with multi-chambered mesoporous branches for enhanced dual-dynamic cascade reactions. Nat. Nanotechnol. 20, 897–906 (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01915-2

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Nature Protocols：具有可調(diào)結(jié)構(gòu)和納米級(jí)精度的介孔TiO2的簡(jiǎn)便合成方法

二氧化鈦（TiO?）由于其半導(dǎo)體和結(jié)晶特性，廣泛應(yīng)用于催化、傳感、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。具有高孔隙率的有序介孔TiO?材料能夠進(jìn)一步改善質(zhì)量擴(kuò)散和表面接觸。然而，盡管過(guò)去已合成了TiO?基體和多晶型材料，如何控制介觀TiO?的形貌和尺寸、孔形和孔徑、晶體相位及取向仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

為解決這一問(wèn)題，2025年5月23日，內(nèi)蒙古大學(xué)（復(fù)旦大學(xué)）趙東元院士和蘭坤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種簡(jiǎn)便、可控的溶液處理逐步自組裝策略，用于合成一系列具有高度可定制結(jié)構(gòu)（從原子尺度、納米尺度到介觀尺度）的介孔二氧化鈦材料。該方法的核心在于預(yù)先形成柔性的F127/TiO?復(fù)合微膠束水凝膠作為穩(wěn)定構(gòu)筑單元，隨后在不同外部條件（如受限空間、液-液界面、固-液界面）引導(dǎo)下進(jìn)行第二步組裝，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料形貌（如花束狀微球、裂開(kāi)微球、單層納米片、三明治結(jié)構(gòu)、垂直陣列薄膜等）、孔徑和晶相的精準(zhǔn)調(diào)控。詳細(xì)的操作步驟確保了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。整個(gè)流程中，微膠束水凝膠的制備約需21小時(shí)，后續(xù)獲得多樣化介孔TiO?結(jié)構(gòu)的合成時(shí)間通常約為50小時(shí)。該方案適用于納米材料、多孔及無(wú)機(jī)材料等相關(guān)領(lǐng)域的研究人員。

圖2-1 基于溶液的自組裝方法概述，用于制造多功能介孔TiO2（mTiO2）結(jié)構(gòu)

Zhang, J., Li, J., Wen, X. et al. Facile synthesis of mesoporous TiO2 architectures with tunable configurations and nanometer precision. Nat Protoc (2025). https://doi.org/10.1038/s41596-025-01175-3

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JACS：具有空心結(jié)構(gòu)的單晶介孔金屬-有機(jī)框架的分層工程

雖然層次化結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性帶動(dòng)了廣泛的應(yīng)用需求，但由于單晶性與可控層次化結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在競(jìng)爭(zhēng)和矛盾，在長(zhǎng)距離有序單晶中建立層次化仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。

針對(duì)該挑戰(zhàn)，2025年4月21日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、李曉民教授團(tuán)隊(duì)展示了一種生長(zhǎng)和解離動(dòng)力學(xué)協(xié)同策略，用于合成具有分層結(jié)構(gòu)的中空單晶介孔金屬有機(jī)骨架（meso-MOFs）。該方法采用雙模板方法，將硬模板和軟模板集成在一起。通過(guò)調(diào)節(jié)HCl/CH3COOH的比例，可以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值來(lái)調(diào)節(jié)酸敏感晶種的解離動(dòng)力學(xué)，作為形成空心結(jié)構(gòu)的硬模板，同時(shí)調(diào)節(jié)雙酸的濃度來(lái)控制介孔MOF殼的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。

保持單一結(jié)晶性和實(shí)現(xiàn)良好定義的層次結(jié)構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng)可以有效地平衡。在兩種界面動(dòng)力學(xué)的驅(qū)動(dòng)下，成功地獲得了八面體介孔MOF納米顆粒，該納米顆粒不僅具有明確的中空結(jié)構(gòu)，具有精確可控的中空尺寸（~81~1120 nm）和可調(diào)的壁厚（~28.6~61.3 nm），而且保持了其單晶完整性。

具體來(lái)說(shuō)，晶種的解離動(dòng)力學(xué)決定了空心結(jié)構(gòu)的形成，而單晶介孔MOF殼的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)確保了均勻的覆蓋和結(jié)構(gòu)完整性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一系列具有分層納米結(jié)構(gòu)的新型中空介孔MOF，包括中空開(kāi)囊介孔MOF、二維中空介孔MOF、中空層間結(jié)構(gòu)介孔MOF、宏-介孔-微三模多孔MOF等。這是第一個(gè)制備單晶有序介孔MOF納米片的案例。

圖3-1 具有中空層間結(jié)構(gòu)的單晶介孔MOF的合成

Hierarchical Engineering of Single-Crystalline Mesoporous Metal-Organic Frameworks with Hollow Structures，Journal of the American Chemical Society，2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01415

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JACS：多段介孔二氧化硅納米竹狀結(jié)構(gòu)的逐步自組裝以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的隔熱效果

介孔二氧化硅（mSiO?）因其優(yōu)異的隔熱性能而備受關(guān)注，其孔道結(jié)構(gòu)可通過(guò)Knudsen效應(yīng)抑制氣體傳熱。然而，傳統(tǒng)的合成方法（如單一表面活性劑模板法）難以構(gòu)建具有明確分段結(jié)構(gòu)的介孔材料，且缺乏對(duì)分段排列的二級(jí)組裝控制，限制了其在隔熱等領(lǐng)域的性能提升。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠精確調(diào)控分段結(jié)構(gòu)的自組裝策略具有重要意義。

2025年4月24日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、趙再望教授團(tuán)隊(duì)提出了一種逐步自組裝策略，用于制備多段介孔二氧化硅納米竹子。該結(jié)構(gòu)由16–25個(gè)梭形介孔段首尾連接而成，總長(zhǎng)約0.7–1.0 μm，每段由10–13層平行層組成，層厚約2.5 nm。研究表明，其形成始于小雙層膠束單元組裝為梭形段，進(jìn)而進(jìn)一步組裝為納米竹子。通過(guò)動(dòng)力學(xué)調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度和分支形態(tài)的調(diào)控。得益于多段多層結(jié)構(gòu)，納米竹子能顯著限制氣體流動(dòng)，熱導(dǎo)率低至約41.67 mW·m?1·K?1。將其與纖維素納米纖維復(fù)合后可制備機(jī)械穩(wěn)定、輕質(zhì)多孔的氣凝膠，熱導(dǎo)率進(jìn)一步降至約19.85 mW·m?1·K?1，顯示出優(yōu)異的隔熱潛力。

圖4-1 多段介孔二氧化硅納米竹子的合成與表征

Stepwise Self-Assembly of Multisegment Mesoporous Silica Nanobamboos for Enhanced Thermal Insulation. Journal of the American Chemical Society， 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c05154

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JACS：結(jié)晶且穩(wěn)定的分層多孔共軛有機(jī)框架——電合成的理想平臺(tái)

共價(jià)有機(jī)框架（COFs）是一類(lèi)由有機(jī)單體通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵連接而成的結(jié)晶性多孔材料，具有高比表面積、周期性有序的孔道和可調(diào)的孔徑，廣泛應(yīng)用于光催化、氣體吸附與存儲(chǔ)等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)COFs缺乏面內(nèi)π-共軛鍵，在酸堿性介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性較差，限制了其在電合成條件下的應(yīng)用。

為解決這一問(wèn)題，2025年6月4日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、李峰研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種結(jié)晶性高、穩(wěn)定性好的分級(jí)多孔π-共軛有機(jī)框架（聚酞菁，HPPc）的合成，并證明其可作為理想的電合成平臺(tái)。所制備的晶體HPPc具有高比表面積（約324 m2 g?1）、豐富的固有微孔（1.4 nm）以及由硬模板誘導(dǎo)的均一且相互連通的介孔（35 nm）。這種雙孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于提升活性位點(diǎn)分散性和傳質(zhì)效率。此外，高結(jié)晶性帶來(lái)的長(zhǎng)程有序性使得活性位點(diǎn)可按需精確定制。通過(guò)錨定鎳和鈷原子，優(yōu)化后的催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的析氧反應(yīng)性能，在10 mA cm?2電流密度下的過(guò)電位僅為305 mV，塔菲爾斜率為40 mV dec?1，顯著優(yōu)于商用RuO?。該工作為合理設(shè)計(jì)與合成具有化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶性的分級(jí)多孔π-COFs開(kāi)辟了新途徑。

圖5-1 HPPc NiCo的合成與形貌表征

Crystalline and Stable Hierarchical Porous Conjugated Organic Framework as an Ideal Platform for Electrosynthesis. Journal of the American Chemical Society，2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c06338

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JACS：具有定制開(kāi)口窗口和可調(diào)表面交叉槽道的常規(guī)介孔超粒子

傳統(tǒng)的中空介孔結(jié)構(gòu)雖具有高比表面積和良好的封裝能力，但其封閉的外殼導(dǎo)致電子/離子傳輸動(dòng)力學(xué)緩慢，且光滑表面在高壓實(shí)電極中易形成隨機(jī)分布且易堵塞的電解液通道，限制了其在離子儲(chǔ)能中的倍率性能。

為解決這一問(wèn)題，2025年6月16日，內(nèi)蒙古大學(xué)武利民教授、趙東元院士及內(nèi)蒙古大學(xué)趙再望教授、趙玉娟博士團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種具有可調(diào)控開(kāi)口窗口與表面交叉凹槽的規(guī)則介孔空心碳超粒子（MHCSs），通過(guò)靜電輔助單分子膠束限制組裝策略合成。

該超粒子中心為空腔（約250 nm），殼層具有定制橫向開(kāi)口窗口（35–50 nm），使內(nèi)外表面完全連通；其表面單層球形介孔（約15 nm）有序排列形成獨(dú)特的交叉凹槽。凹槽的寬度（29.5–62.4 nm）、深度（2.1–40.7 nm）及數(shù)量（橫向與縱向11×11至5×5）可通過(guò)多巴胺/模板質(zhì)量比精確調(diào)控。

作為水系鋅離子混合電容器的高負(fù)載電極材料，MHCSs表現(xiàn)出弱極化、高比容量（0.1 A g?1下205 mAh g?1）和優(yōu)異倍率性能（10 A g?1下105 mAh g?1）。表面凹槽的可調(diào)性實(shí)現(xiàn)了離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)與電荷轉(zhuǎn)移速率的正交控制，使其在不同環(huán)境下的儲(chǔ)能應(yīng)用中表現(xiàn)出潛力。

圖6-1 介孔中空碳超粒子（MHCSs）的制備流程

Regular Mesoporous Superparticles with a Tailored Opening Window and Tunable Surface Crisscrossed Grooves. Journal of the American Chemical Society，2025.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01622

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Angew：界面微通道作為陽(yáng)離子泵，用于增強(qiáng)滲透能的收集

滲透能作為一種源于海水與河水混合的可再生能源，因其儲(chǔ)量巨大且波動(dòng)性小而受到廣泛關(guān)注。理論上，全球滲透能發(fā)電潛力可達(dá)約2.4 TW，超過(guò)風(fēng)能與太陽(yáng)能的總和。目前，基于膜的反電滲析（RED）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)滲透能轉(zhuǎn)換的主要途徑，但其實(shí)際應(yīng)用受限于傳統(tǒng)離子交換膜的離子傳輸效率低、膜厚較大、易堵塞等問(wèn)題，導(dǎo)致功率密度普遍低于2.0 W m?2。

為突破這些瓶頸，2025年4月7日，復(fù)旦大學(xué)（內(nèi)蒙古大學(xué)）趙東元院士、復(fù)旦大學(xué)晁棟梁教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于介孔二氧化硅包覆多壁碳納米管/芳綸納米纖維（MCNTs@mSiO?/ANF）復(fù)合膜的陽(yáng)離子泵策略，用于高效滲透能收集。該膜通過(guò)界面自組裝法制備，其表面具有直徑約3 nm、垂直排列的負(fù)電荷介孔通道，能夠預(yù)先富集陽(yáng)離子，并形成向陽(yáng)離子傳輸?shù)臐舛忍荻?，從而持續(xù)將陽(yáng)離子泵入纖維間納米通道，增強(qiáng)電荷分離與離子選擇性。

此外，親水性的介孔二氧化硅殼層促進(jìn)了離子傳輸，提高了離子通量。在模擬海水與河水（50倍 NaCl濃度梯度）條件下，該復(fù)合膜實(shí)現(xiàn)了8.24 W m?2的功率輸出和0.91的陽(yáng)離子選擇性，并表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度（~136 MPa）與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在實(shí)際海水/河水體系中，其功率密度進(jìn)一步提升至9.93 W m?2，超越當(dāng)前多數(shù)一維材料基膜的性能。該研究為納米纖維膜在可持續(xù)滲透能轉(zhuǎn)換中的實(shí)際應(yīng)用提供了新途徑。

圖 7-1多壁碳納米管@mSiO2/ANF 復(fù)合納米通道膜的合成及表征

Interfacial Mesochannels as Cation Pump for Enhanced Osmotic Energy Harvesting. Angewandte Chemie International Edition, 2025. https://doi.org/10.1002/anie.202503110

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Angew.：受限手性中心堆積誘導(dǎo)的扭曲二氧化硅納米帶用于調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖

手性支配著跨尺度的生理過(guò)程，然而分子手性和介觀結(jié)構(gòu)手性之間的模糊聯(lián)系仍然存在。2025年12月12日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、趙天聰研究員、唐云研究員團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，雖然具有分子手性的肽兩親分子可以組裝成非手性納米結(jié)構(gòu)，但與硅烷的共組裝將形成左手螺旋扭曲納米帶，并產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞活性抑制特性。合成的微米長(zhǎng)的納米帶具有均勻的形貌，間距為~340 nm，寬度為~75 nm，厚度為~25 nm。硅烷-肽兩親體比例的增加調(diào)節(jié)了節(jié)圓半徑比從4.5到10.4。在硅烷交聯(lián)過(guò)程中，向手性中心的縱向堆積力可以成功地誘導(dǎo)手性從分子向介觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移。

理論計(jì)算證實(shí)，這種機(jī)制可以減少35%的表面積。在沒(méi)有藥物的情況下，這些扭曲的納米帶抑制腫瘤細(xì)胞活性高達(dá)60%，而非手性組裝則低于30%。RNA測(cè)序顯示介觀結(jié)構(gòu)手性通過(guò)抑制細(xì)胞粘附并最終破壞細(xì)胞代謝來(lái)觸發(fā)細(xì)胞凋亡。該工作的研究重點(diǎn)是在介觀結(jié)構(gòu)手性形成過(guò)程中容易被忽視的多組分之間的分子相互作用以及介觀結(jié)構(gòu)手性的生物反饋?zhàn)饔茫瑸槔斫庾匀唤缡中缘倪M(jìn)化和意義提供了新的視角。

圖8-1 扭曲納米帶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表征

Confined Chiral Center Stacking Induced Twisted Silica Nanoribbons for Tumor Cell Proliferation Regulation，Angewandte Chemie International Edition, 2025. https://doi.org/10.1002/ange.202522375

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