在纳米材料上如何造孔？肉眼看不见的“孔”竟能大显神通

蜂窝煤、火车隧道、照相机镜头

都是通过对“孔”的利用

实现各自功能的

想要在宏观世界中造个孔并不难

但是，在纳米材料上

也就是直径为一根头发丝

六万分之一的材料上

该如何造孔呢？

往下看，一起探索

化学家的神奇“魔法”

化学家现场造孔

做实验如同变魔术

中国科学院院士、

复旦大学化学与材料学院院长

赵东元介绍

介孔材料是指孔径在2~50纳米

具有纳米效应的多孔性材料

节目中，赵东元带来了介孔模型

像蜂窝煤一样

每一个孔都可以算它的表面积

所以，介孔材料拥有极高的比表面积

两克介孔材料的比表面积

能铺满一个足球场

化学家不仅可以

改变介孔材料的孔径大小

还能创造出许多不同的结构

之所以要在纳米材料上造孔

是为了让更多的物质在其中相互传输

产生化学反应

为生活所用

穿上白大褂，戴上护目镜和手套

赵东元借助一个简单实验

演示了如何在纳米材料上造孔

介孔材料被广泛应用

在多个领域大显神通

如今，介孔材料在许多领域

发挥着非常大的作用

像催化剂、电池的电极材料、

电子隔热材料、生物医疗材料等

与生活息息相关

在锂离子电池领域

介孔碳负极相较于

比表面积较小的石墨负极

可以与更多电解液接触

提高电解液的扩散能力

促进电子和离子快速传输

可以有效将电池充放电性能

提高20%以上

介孔材料在石油化工中

应用也非常广泛

石油被称为“黑色的金子”

我国石油资源比较短缺

目前，每年要加工7亿吨石油

大约75%靠进口

赵东元及团队十年磨一剑

创造了重油的裂解催化剂

可以将石油的转化效率提高1.5%

产出的汽柴油质量非常高

如果能够在全国推广

可以产生近百亿级的效益

在纳米材料上造孔

经历了艰难的探索过程

1992年，美孚公司

在化学刊物上发表了一篇论文

利用阳离子的表面活性剂做成了介孔材料

赵东元认真读了这篇论文后

得到许多启发

经过不断试错

最终创造了SBA-15

30纳米孔径的介孔材料

这是目前为止最大孔径的介孔材料

这一成果引起了巨大轰动

1998年

赵东元回到复旦大学

当时的实验条件非常简陋

在与学生不断交流的过程中

碰撞出许多新想法

赵东元介绍

2000年前做的介孔材料

大部分是无机的

如何才能创造性地研发出有机介孔材料？

这是从来没有人做过的事情

为了实现这一想法

他和学生做了上万次实验

但都以失败告终

事情的转机

源自团队中一位历史系出身的本科生

他的想法起到了关键作用

经过不断摸索

终于迎来了实验成功

开辟了有机介孔材料的全新领域

赵东元用一个例子生动比喻

为何研发有机介孔材料如此艰难

生活中处处是科学

随时随地都可以异想天开

赵东元出生在沈阳

一个普通的工人家庭

从小就有很强的好奇心

小时候好奇老式摆钟的工作原理

趁家里没人偷偷把钟给拆了

可最后也没看明白

摆钟却不能复原了

但父母并没有因为这件事责怪他

反而鼓励他去求知

这在他的心里

埋下了一颗勇于探索的种子

现在大家都称赵东元为“造孔之人”

因为他看到什么

总是想着能不能把它打成孔

有一次赵东元陪儿子去游乐园

突然看到乐高

便从乐高的拼装中获得灵感

带领团队

创造了模块基元组装的全新方法

利用这样的方法

可以创造很多新奇的结构

赵东元感慨

来源： 央视一套