Synthesis and Application of Silica/carbon-based Large-pore Mesoporous Nanomaterials

doi:10.7503/cjcu20200533

Abstract

Abstract:

In the past decade， large-pore mesoporous nanomaterials have attracted considerable research interests because of their ultra-large open channels， abundant chemical compositions and potential wide range of applications. Soft-templating and hard-templating methods are two most effective approaches to synthesize high-quality mesoporous nanoparticles with highly accessible large channels. Through these two approaches， amphiphilic molecular template/framework precursor composite micelles or inorganic nanoparticles serve as struc-tural subunits， respectively， for the formation of mesostructured nanoparticles. In this review， we provide a comprehensive overview of the synthesis methods of large-pore mesoporous nanoparticles. Afterwards， we discuss their applications in catalysis， energy storage and conversion， as well as biomedical applications. Lastly， we outline the research challenges and possible development directions of mesoporous nanomaterials with ultra-large pores for various applications.

Key words: Mesoporous material, Large-pore mesopore, Nanomaterial, Soft-templating method, Hard- templating method

CLC Number:

O614

TrendMD:

SHE Peihong, XU Wenzhou, GUAN Buyuan. Synthesis and Application of Silica/carbon-based Large-pore Mesoporous Nanomaterials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 671.

Figures/Tables 14

References 45

1	Liu J.， Wickramaratne N. P.， Qiao S. Z. ， Jaroniec M.， Nat. Mater.， 2015， 14，763—774
2	Wan Y. ， Zhao D.， Chem. Rev.， 2007， 107，2821—2860
3	Giordano F.， Abate A.， Baena J. P. C.， Saliba M.， Matsui T.， Im S. H.， Zakeeruddin S. M.， Nazeeruddin M. K.， Hagfeldt A. ， Graetzel M.， Nat. Commun.， 2016， 7，10379
4	Li W.， Liu J. ， Zhao D.， Nat. Rev. Mater.， 2016， 1，16023
5	Cui Z.， Zu C.， Zhou W.， Manthiram A. ， Goodenough J. B.， Adv. Mater.， 2016， 28，6926—6931
6	Zhao D.， Feng J.， Huo Q.， Melosh N.， Fredrickson G. H.， Chmelka B. F.， Stucky G.， Science， 1998， 279，548—552
7	Che S.， Liu Z.， Ohsuna T.， Sakamoto K.， Terasaki O. ， Tatsumi T.， Nature， 2004， 429，281—284
8	Gao X.， Li G.， Xu Y.， Hong Z.， Liang C. ， Lin Z.， Angew. Chem.， Int. Ed.， 2015， 54，14331—14335
9	Naushad M.， Ahamad T.， Al-Maswari B. M.， Alqadami A. A. ， Alshehri S. M.， Chem. Eng. J.， 2017， 330，1351—1360
10	Le Z.， Liu F.， Nie P.， Li X.， Liu X.， Bian Z.， Chen G.， Wu H. B. ， Lu Y.， ACS Nano， 2017， 11，2952—2960
11	Benzigar M. R.， Talapaneni S. N.， Joseph S.， Ramadass K.， Singh G.， Scaranto J.， Ravon U.， Al-Bahily K.， Vinu A.， Chem. Soc. Rev.， 2018， 47，2680—2721
12	Cook J. B.， Kim H. S.， Yan Y.， Ko J. S.， Robbennolt S.， Dunn B. ， Tolbert S. H.， Adv. Energy Mater.， 2016， 6， 1501937
13	Kuang M.， Wang Q.， Han P. ， Zheng G.， Adv. Energy Mater.， 2017， 7， 1700193
14	Lakhi K. S.， Park D. H.， Al⁃Bahily K.， Cha W.， Viswanathan B.， Choy J. H.， Vinu A.， Chem. Soc. Rev.， 2017， 46，72—101
15	Liu J.， Zheng M.， Shi X.， Zeng H. ， Xia H.， Adv. Funct. Mater.， 2016， 26，919—930
16	Singh R.， Belgamwar R.， Dhiman M. ， Polshettiwar V.， J. Mater. Chem. B， 2018， 6，1600—1604
17	Abbaraju P. L.， Meka A. K.， Song H.， Yang Y.， Jambhrunkar M.， Zhang J.， Xu C.， Yu M. ， Yu C.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139，6321—6328
18	Fan J.， Yu C. Z.， Lei J.， Zhang Q.， Li T. C.， Tu B.， Zhou W. Z. ， Zhao D. Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2005， 127，10794—10795
19	Teh L. P.， Triwahyono S.， Jalil A. A.， Firmansyah M. L.， Mamat C. R. ， Majid Z. A.， Appl. Catal. A， 2016， 523，200—208
20	Wang B.， Zou J.， Shen X.， Yang Y.， Hu G.， Li W.， Peng Z.， Banham D.， Dong A. ， Zhao D.， Nano Energy， 2019， 63， 103851
21	de Vos D. E.， Dams M.， Sels B. F. ， Jacobs P. A.， Chem. Rev.， 2002， 102，3615—3640
22	Huang H. S.， Chang K. H.， Suzuki N.， Yamauchi Y.， Hu C. C. ， Wu K. C.， Small， 2013， 9，2520—2526
23	Su L.， Han D.， Zhu G.， Xu H.， Luo W.， Wang L.， Jiang W.， Dong A. ， Yang J.， Nano Lett.， 2019， 19，5423—5430
24	Li T.， Wang B.， Ning J.， Li W.， Guo G.， Han D.， Xue B.， Zou J.， Wu G.， Yang Y.， Dong A. ， Zhao D.， Matter， 2019， 1，976—987
25	Su Y. S.， Manthiram A.， Nat. Commun.， 2012， 3，1166
26	Xing W.， Qiao S. Z.， Ding R. G.， Li F.， Lu G. Q.， Yan Z. F. ， Cheng H. M.， Carbon， 2006， 44，216—224
27	Gai S.， Yang P.， Ma P.， Wang L.， Li C.， Zhang M.， Jun L.， Dalton Trans.， 2012， 41，4511—4516
28	Kwon D.， Cha B. G.， Cho Y.， Min J.， Park E. B.， Kang S. J.， Kim J.， Nano Lett.， 2017， 17，2747—2756
29	Li Z.， Barnes J. C.， Bosoy A.， Stoddart J. F. ， Zink J. I.， Chem. Soc. Rev.， 2012， 41，2590—2605
30	Tang F.， Li L. ， Chen D.， Adv. Mater.， 2012， 24，1504—1534
31	Shen D.， Yang J.， Li X.， Zhou L.， Zhang R.， Li W.， Chen L.， Wang R.， Zhang F. ， Zhao D.， Nano Lett.， 2014， 14，923—932
32	Huang M.， Liu L.， Wang S.， Zhu H.， Wu D.， Yu Z.， Zhou S.， Langmuir， 2017， 33，519—526
33	Yue Q.， Li J.， Luo W.， Zhang Y.， Elzatahry A. A.， Wang X.， Wang C.， Li W.， Cheng X.， Alghamdi A.， Abdullah A. M.， Deng Y.， Zhao D.， J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137，13282—13289
34	Qu Q.， Min Y.， Zhang L.， Xu Q.， Yin Y.， Anal. Chem.， 2015， 87，9631—9638
35	Dai Y.， Yang D.， Yu D.， Xie S.， Wang B.， Bu J.， Shen B.， Feng W.， Li F.， Nanoscale， 2020， 12，5075—5083
36	Tang J.， Liu J.， Li C.， Li Y.， Tade M. O.， Dai S. ， Yamauchi Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54，588—593
37	Guan B. Y.， Zhang S. L. ， Lou X. W.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57，6176—6180
38	Li C.， Iqbal M.， Jiang B.， Wang Z.， Kim J.， Nanjundan A. K.， Whitten A. E.， Wood K. ， Yamauchi Y.， Chem. Sci.， 2019， 10，4054—4061
39	Zhang Y.， Yue Q.， Yu L.， Yang X.， Hou X. F.， Zhao D.， Cheng X. ， Deng Y.， Adv. Mater.， 2018， 30，e1800345
40	Tan H.， Tang J.， Henzie J.， Li Y.， Xu X.， Chen T.， Wang Z.， Wang J.， Ide Y.， Bando Y.， Yamauchi Y.， ACS Nano， 2018， 12，5674—5683
41	Jiao Y.， Han D.， Liu L.， Ji L.， Guo G.， Hu J.， Yang D.， Dong A.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54，5727—5731
42	Fihri A.， Cha D.， Bouhrara M.， Almana N. ， Polshettiwar V.， ChemSusChem， 2012， 5，85—89
43	Cao D.， Jiao Y.， Cai Q.， Han D.， Zhang Q.， Ma Y.， Dong A. ， Zhu H.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7，3289—3297
44	Ding B.， Shao S.， Yu C.， Teng B.， Wang M.， Cheng Z.， Wong K. L.， Ma P. ， Lin J.， Adv. Mater.， 2018， 30，e1802479
45	Cha B. G.， Jeong J. H. ， Kim J.， ACS Cent. Sci.， 2018， 4，484—492

[1]	GUO Cheng, ZHANG Wei, TANG Yun. Ordered Mesoporous Materials： History， Progress and Perspective [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220167.
[2]	ZHANG Liling, LIU Liu, ZHENG Mingqiu, FANG Wenkai, LIU Da, TANG Hongwu. Dual Signal Detection of HPV16 DNA by CRISPR/Cas12a Biosensing System Based on Upconversion Luminescent Resonance Energy Transfer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220412.
[3]	DING Zhongzhen, LI Tian, LI Changming, ZHAO Yufei, SONG Yu⁃Fei. Research Progress of Catalytic Synthesis of Carbon Nanomaterials by Layered Double Hydroxide-based Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1622.
[4]	WANG Changyao, WANG Shuai, DUAN Linlin, ZHU Xiaohang, ZHANG Xingmiao, LI Wei. In situ Confinement Growth Strategy for Ordered Mesoporous Carbon Support Ultrasmall MoO₃ Nanoparticles [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1589.
[5]	YANG Ruiqi, YU Xin, LIU Hong. Scientific Study of Photocatalytic Material Based on Sn₃O₄ [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1340.
[6]	GE Haoying, DU Jianjun, LONG Saran, SUN Wen, FAN Jiangli, PENG Xiaojun. Surface Functionalized Gold Nanomaterials in Tumor Diagnosis and Treatment [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1202.
[7]	WAN Yue, SONG Meina, ZHAO Meiting. Recent Progress of Two-dimensional Metal-organic Framework Nanosheets for Supercapacitor and Electrocatalysis Applications [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 575.
[8]	PI Yecan, ZHANG Ying, CHENG Zifang, HUANG Xiaoqing. Progress in Synthesis and Electrocatalysis of Two-Dimensional Metal Nanomaterials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 456.
[9]	SHI Jiangwei, MENG Nannan, GUO Yamei, YU Yifu, ZHANG Bin. Recent Advances of Two-dimensional Materials for Electrocatalytic Hydrogen Evolution [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 492.
[10]	WANG Jun, WANG Tie. Recent Progress in Functional Nanomaterials Based on Self-assembly Technology ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 377.
[11]	SHENG Bingchen, LI Cong, LIU Yingya, WANG Anjie, WANG Yao, ZHANG Jian, LIU Weixu. Microfluidic Synthesis of UiO-66 Metal-organic Frameworks Modified with Different Functional Groups^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1365.
[12]	Long TIAN,Yan LONG,Shuyan SONG,Cheng WANG. Synthesis of Flower-like Structured Mn/CuO-CeO₂ and the Catalytic Performance for CO Oxide Reaction ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(12): 2549.
[13]	SUN Lin, ZHANG Han, DU Yiping. Preparation of Surface Enhanced Raman Scattering Substrates Based on SBA-15 Material and the Detection of Enrofloxacin in Chicken and Chicken Feed^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(3): 455.
[14]	SUN Bing,JIANG Shang,WANG Runwei,NI Ling,QIU Shilun,ZHANG Zongtao. Preparation and Application of High Performance Lithium Titanate/reduced Graphene Oxide Nanocomposites for Lithium Batteries^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(12): 2767.
[15]	TANG Keyun,LI Luoyuan,FU Limin,AI Xicheng,ZHANG Jianping. Effect of Crystal Matrix on Energy Transfer Mechanism in Rare-earth Upconversion Nanomaterials^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(10): 2136.