在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

2022-03-23 08:49来源: 央视一套

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  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  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

在纳米材料上如何造孔?肉眼看不见的“孔”竟能大显神通!

  赵东元感慨

  生活中处处是科学

  随时随地都可以异想天开

[责任编辑:李丁丁]
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