CCS Chemistry | 离子热合成Ti-O纳米管，结构达到原子级精确

自从碳纳米管被发现以来，无机纳米管材料已经成为材料化学的重要研究领域，在储能、电池等领域有着广泛的应用。但是，具有精确结构信息的晶态无机纳米管状材料的制备仍然是合成化学领域的巨大挑战。二氧化钛（TiO₂）是一种重要的无机功能材料，广泛应用于光催化、空气和水的净化、结构湿润性控制等领域。最近几年，具有独特形貌和物理性质的Ti-O纳米管吸引了很多的研究兴趣。尽管已经合成了诸多晶态Ti-O团簇，但原子精确的Ti-O纳米管的构建还未见报道。

基于以上考虑，中科院福建物构所张磊、张健团队结合其在晶态钛氧簇领域的长期积累，最近利用离子热合成技术，成功构建了首例原子结构精确且排布均匀的Ti-O纳米管材料。单晶X-射线衍射结构分析表明，所制备的Ti-O纳米管由六元Ti₆O₆环构成，且同时作为纳米管的孔径和表面窗口，相当于碳纳米管中的C₆六边形单元。有意思的是，室温下在此Ti-O 纳米管孔道内观察到了精确的水分子约束行为。Ti-O纳米管外围由硫酸根配体保护，使得整根管带有负电荷，而来自离子液体的1-乙基-3-甲基咪唑( EMIm)阳离子包围在Ti-O纳米管周围，不仅可以平衡电荷，还将其有效分隔形成周期性超分子堆积结构（图1）。

图1

所制备的Ti-O纳米管具有较高的热稳定性和溶剂稳定性，并且表现出相对于甲醇、乙醇的选择性水吸附特性，有可能作为潜在的混合溶剂分离材料。此外，变温电导率测试显示，在35~135℃的温度范围此Ti-O纳米管的电导率增加了四个数量级，表现出了典型的半导体特性（图2）。

图 2

综上所述，该研究工作合成了一种具有原子级精确结构的Ti-O纳米管，表现出选择性吸附水分子的能力以及半导体特性，为构建新型晶态无机纳米管材料提供了一种新的思路与合成方法。此研究得到了国家自然科学基金、中国科学院先导项目等基金的资助，以Communication的形式发表在 CCS Chemistry， 已在官网“Just Published”栏目上线。

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