重磅出爐！介孔材料大師，被引15萬+，H因子193，人稱「布袋院士」，復旦大學趙東元院士2025年度成果精選！

來源：頂刊收割機

趙東元教授，中國科學院院士，發展中國家科學院院士，物理化學家。1984、1987、1990年分別獲吉林大學本科、碩士和博士學位，隨后進入沈陽化工學院先后擔任講師、副教授，1993-1998年先后在維茨曼科學研究所、休斯頓大學、加州大學圣巴巴拉分校從事博士后研究，1998年擔任復旦大學化學系教授，2022年6月任內蒙古大學能源材料研究院院長。主要從事介孔材料、納米功能材料的可控合成與應用研究，取得了一系列創新性研究成果，在Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., Nat. Commun., Sci. Adv., JACS, Angew, Adv. Mater.等頂刊發表論文800余篇，被引15萬余次，H因子193。榮獲國家自然科學一等獎、國家自然科學二等獎、何梁何利科學進步獎、中國化學會-化學貢獻獎、中國分子篩成就獎、國際介觀結構材料協會成就獎等重要獎項。自2012年起連續被Clarivate Analytics列為全球化學、材料領域高被引科學家，被斯坦福大學統計學院列為全球所有領域科學家Top1000。現任ACS Central Science執行編輯和National Science Review副主編。

在此簡單盤點精選了趙東元院士團隊2025年度部分研究工作，分享給大家！由于小編水平有限，如果存在遺漏的優秀工作，請多包涵。

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Nat. Nanotechnol.：具有多腔介孔分支的類似槳葉的自攪拌納米反應器，用于實現增強的雙重動態級聯反應

開發能夠將外部刺激轉化為納米級自持續運動（例如自旋轉）的人工納米材料系統，并同時整合和部署多個活性位點的空間定位以揭示分子的顆粒內擴散模式，對于綠色合成化學而言具有重要意義。

2025年5月13日，內蒙古大學（復旦大學）趙東元院士、劉健教授、馬玉柱教授及吉林大學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器系統，其具有分隔的腔室和可控制的活性位點間距。該納米反應器通過將磁性Fe3O4（約20納米）封裝在第一個腔室中進行設計，同時，Au和Pd納米晶體在不同區域被空間隔離。在旋轉磁場作用下，這種納米反應器能產生納米級旋轉，并在 5,6-二甲基菲啶的串聯合成中表現出比傳統宏觀攪拌高一個數量級的活性（選擇性為 96.4%）。同時，定量揭示了旋轉所導致的活性中間體順向和逆向轉移的增強，從而揭示了自旋轉和鄰近效應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：具有可調結構和納米級精度的介孔TiO2的簡便合成方法

二氧化鈦（TiO?）由于其半導體和結晶特性，廣泛應用于催化、傳感、能量存儲和轉換等領域。具有高孔隙率的有序介孔TiO?材料能夠進一步改善質量擴散和表面接觸。然而，盡管過去已合成了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挑戰。

為解決這一問題，2025年5月23日，內蒙古大學（復旦大學）趙東元院士和蘭坤教授團隊報道了一種簡便、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構（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先形成柔性的F127/TiO?復合微膠束水凝膠作為穩定構筑單元，隨后在不同外部條件（如受限空間、液-液界面、固-液界面）引導下進行第二步組裝，從而實現對材料形貌（如花束狀微球、裂開微球、單層納米片、三明治結構、垂直陣列薄膜等）、孔徑和晶相的精準調控。詳細的操作步驟確保了實驗的可重復性。整個流程中，微膠束水凝膠的制備約需21小時，后續獲得多樣化介孔TiO?結構的合成時間通常約為50小時。該方案適用于納米材料、多孔及無機材料等相關領域的研究人員。

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）結構

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：具有空心結構的單晶介孔金屬-有機框架的分層工程

雖然層次化結構的優越性帶動了廣泛的應用需求，但由于單晶性與可控層次化結構之間的內在競爭和矛盾，在長距離有序單晶中建立層次化仍然是一個艱巨的挑戰。

針對該挑戰，2025年4月21日，復旦大學趙東元院士、李曉民教授團隊展示了一種生長和解離動力學協同策略，用于合成具有分層結構的中空單晶介孔金屬有機骨架（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。通過調節HCl/CH3COOH的比例，可以調節反應體系的pH值來調節酸敏感晶種的解離動力學，作為形成空心結構的硬模板，同時調節雙酸的濃度來控制介孔MOF殼的生長動力學。

保持單一結晶性和實現良好定義的層次結構之間的競爭可以有效地平衡。在兩種界面動力學的驅動下，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構，具有精確可控的中空尺寸（~81~1120 nm）和可調的壁厚（~28.6~61.3 nm），而且保持了其單晶完整性。

具體來說，晶種的解離動力學決定了空心結構的形成，而單晶介孔MOF殼的生長動力學確保了均勻的覆蓋和結構完整性。在此基礎上，進一步開發了一系列具有分層納米結構的新型中空介孔MOF，包括中空開囊介孔MOF、二維中空介孔MOF、中空層間結構介孔MOF、宏-介孔-微三模多孔MOF等。這是第一個制備單晶有序介孔MOF納米片的案例。

圖3-1 具有中空層間結構的單晶介孔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

4

JACS：多段介孔二氧化硅納米竹狀結構的逐步自組裝以實現增強的隔熱效果

介孔二氧化硅（mSiO?）因其優異的隔熱性能而備受關注，其孔道結構可通過Knudsen效應抑制氣體傳熱。然而，傳統的合成方法（如單一表面活性劑模板法）難以構建具有明確分段結構的介孔材料，且缺乏對分段排列的二級組裝控制，限制了其在隔熱等領域的性能提升。因此，開發一種能夠精確調控分段結構的自組裝策略具有重要意義。

2025年4月24日，復旦大學趙東元院士、趙再望教授團隊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。該結構由16–25個梭形介孔段首尾連接而成，總長約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，進而進一步組裝為納米竹子。通過動力學調控，可實現長度和分支形態的調控。得益于多段多層結構，納米竹子能顯著限制氣體流動，熱導率低至約41.67 mW·m?1·K?1。將其與纖維素納米纖維復合后可制備機械穩定、輕質多孔的氣凝膠，熱導率進一步降至約19.85 mW·m?1·K?1，顯示出優異的隔熱潛力。

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：結晶且穩定的分層多孔共軛有機框架——電合成的理想平臺

共價有機框架（COFs）是一類由有機單體通過強共價鍵連接而成的結晶性多孔材料，具有高比表面積、周期性有序的孔道和可調的孔徑，廣泛應用于光催化、氣體吸附與存儲等領域。然而，傳統COFs缺乏面內π-共軛鍵，在酸堿性介質中化學穩定性較差，限制了其在電合成條件下的應用。

為解決這一問題，2025年6月4日，復旦大學趙東元院士、李峰研究員團隊報道了一種結晶性高、穩定性好的分級多孔π-共軛有機框架（聚酞菁，HPPc）的合成，并證明其可作為理想的電合成平臺。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）以及由硬模板誘導的均一且相互連通的介孔（35 nm）。這種雙孔結構設計有助于提升活性位點分散性和傳質效率。此外，高結晶性帶來的長程有序性使得活性位點可按需精確定制。通過錨定鎳和鈷原子，優化后的催化劑表現出優異的析氧反應性能，在10 mA cm?2電流密度下的過電位僅為305 mV，塔菲爾斜率為40 mV dec?1，顯著優于商用RuO?。該工作為合理設計與合成具有化學穩定性和結晶性的分級多孔π-COFs開辟了新途徑。

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

6

JACS：具有定制開口窗口和可調表面交叉槽道的常規介孔超粒子

傳統的中空介孔結構雖具有高比表面積和良好的封裝能力，但其封閉的外殼導致電子/離子傳輸動力學緩慢，且光滑表面在高壓實電極中易形成隨機分布且易堵塞的電解液通道，限制了其在離子儲能中的倍率性能。

為解決這一問題，2025年6月16日，內蒙古大學武利民教授、趙東元院士及內蒙古大學趙再望教授、趙玉娟博士團隊首次報道了一種具有可調控開口窗口與表面交叉凹槽的規則介孔空心碳超粒子（MHCSs），通過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口窗口（35–50 nm），使內外表面完全連通；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）及數量（橫向與縱向11×11至5×5）可通過多巴胺/模板質量比精確調控。

作為水系鋅離子混合電容器的高負載電極材料，MHCSs表現出弱極化、高比容量（0.1 A g?1下205 mAh g?1）和優異倍率性能（10 A g?1下105 mAh g?1）。表面凹槽的可調性實現了離子擴散動力學與電荷轉移速率的正交控制，使其在不同環境下的儲能應用中表現出潛力。

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

7

Angew：界面微通道作為陽離子泵，用于增強滲透能的收集

滲透能作為一種源于海水與河水混合的可再生能源，因其儲量巨大且波動性小而受到廣泛關注。理論上，全球滲透能發電潛力可達約2.4 TW，超過風能與太陽能的總和。目前，基于膜的反電滲析（RED）技術是實現滲透能轉換的主要途徑，但其實際應用受限于傳統離子交換膜的離子傳輸效率低、膜厚較大、易堵塞等問題，導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，復旦大學（內蒙古大學）趙東元院士、復旦大學晁棟梁教授團隊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）復合膜的陽離子泵策略，用于高效滲透能收集。該膜通過界面自組裝法制備，其表面具有直徑約3 nm、垂直排列的負電荷介孔通道，能夠預先富集陽離子，并形成向陽離子傳輸的濃度梯度，從而持續將陽離子泵入纖維間納米通道，增強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，該復合膜實現了8.24 W m?2的功率輸出和0.91的陽離子選擇性，并表現出優異的機械強度（~136 MPa）與長期穩定性。在實際海水/河水體系中，其功率密度進一步提升至9.93 W m?2，超越當前多數一維材料基膜的性能。該研究為納米纖維膜在可持續滲透能轉換中的實際應用提供了新途徑。

圖 7-1多壁碳納米管@mSiO2/ANF 復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

8

Angew.：受限手性中心堆積誘導的扭曲二氧化硅納米帶用于調節腫瘤細胞增殖

手性支配著跨尺度的生理過程，然而分子手性和介觀結構手性之間的模糊聯系仍然存在。2025年12月12日，復旦大學趙東元院士、趙天聰研究員、唐云研究員團隊研究發現，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構，但與硅烷的共組裝將形成左手螺旋扭曲納米帶，并產生腫瘤細胞活性抑制特性。合成的微米長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節了節圓半徑比從4.5到10.4。在硅烷交聯過程中，向手性中心的縱向堆積力可以成功地誘導手性從分子向介觀結構轉移。

理論計算證實，這種機制可以減少35%的表面積。在沒有藥物的情況下，這些扭曲的納米帶抑制腫瘤細胞活性高達60%，而非手性組裝則低于30%。RNA測序顯示介觀結構手性通過抑制細胞粘附并最終破壞細胞代謝來觸發細胞凋亡。該工作的研究重點是在介觀結構手性形成過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構手性的生物反饋作用，為理解自然界手性的進化和意義提供了新的視角。

圖8-1 扭曲納米帶的拓撲結構表征

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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