具有多孔性的二維 (2D) 無(wú)機(jī)納米材料具有獨(dú)特的尺寸相關(guān)特性、高比表面積和優(yōu)異的質(zhì)量傳輸，在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣闊。由于尺寸特征和高孔隙率，2D多孔無(wú)機(jī)納米材料具有有趣的特性，但圓形2D形狀的受控生產(chǎn)仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）Jinwoo Lee等人設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的方法，通過(guò)在聚合物-聚合物界面集成嵌段共聚物 (BCP) 自組裝和微疇的取向控制來(lái)生產(chǎn)二維多孔無(wú)機(jī)納米硬幣 (NC)。含有BCP和均聚（甲基丙烯酸甲酯）（hPMMA）的多組分混合物設(shè)計(jì)用于先進(jìn)行宏觀相分離，然后進(jìn)行微相分離。

BCP平衡的界面兼容性允許在富含BCP的相和hPMMA基質(zhì)之間的界面處垂直取向的層狀組裝，層狀結(jié)構(gòu)的分解和煅燒產(chǎn)生被微孔穿孔的超薄二維無(wú)機(jī)NC。

圖1. 2D多孔無(wú)機(jī)納米硬幣的合成示意圖

這種方法可以控制 NC 的厚度、尺寸和化學(xué)成分。2D多孔酸性鋁硅酸鹽NC (AS-NC) 用于制造鋰硫電池的超薄輕質(zhì)功能隔膜。

AS-NC層充當(dāng)離子篩以選擇性地阻止多硫化鋰。豐富的酸性位點(diǎn)用于化學(xué)捕獲多硫化物，并通過(guò)微孔將其排除在外，因此硫的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性增加。這項(xiàng)研究提供了對(duì)基于聚合物的多組分混合物的相行為的理解，并深入了解了具有許多應(yīng)用的新型二維多孔無(wú)機(jī)材料的合成。

圖2. 基于AS-NC隔膜的鋰硫電池的電化學(xué)性能

Polymer Interface-Dependent Morphological Transition toward Two-Dimensional Porous Inorganic Nanocoins as an Ultrathin Multifunctional Layer for Stable Lithium–Sulfur Batteries, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c05562