重磅出炉！介孔材料大师，被引15万+，H因子193，人称「布袋院士」，复旦大学赵东元院士2025年度成果精选！

来源：顶刊收割机

赵东元教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，物理化学家。1984、1987、1990年分别获吉林大学本科、硕士和博士学位，随后进入沈阳化工学院先后担任讲师、副教授，1993-1998年先后在维茨曼科学研究所、休斯顿大学、加州大学圣巴巴拉分校从事博士后研究，1998年担任复旦大学化学系教授，2022年6月任内蒙古大学能源材料研究院院长。主要从事介孔材料、纳米功能材料的可控合成与应用研究，取得了一系列创新性研究成果，在Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., Nat. Commun., Sci. Adv., JACS, Angew, Adv. Mater.等顶刊发表论文800余篇，被引15万余次，H因子193。荣获国家自然科学一等奖、国家自然科学二等奖、何梁何利科学进步奖、中国化学会-化学贡献奖、中国分子筛成就奖、国际介观结构材料协会成就奖等重要奖项。自2012年起连续被Clarivate Analytics列为全球化学、材料领域高被引科学家，被斯坦福大学统计学院列为全球所有领域科学家Top1000。现任ACS Central Science执行编辑和National Science Review副主编。

在此简单盘点精选了赵东元院士团队2025年度部分研究工作，分享给大家！由于小编水平有限，如果存在遗漏的优秀工作，请多包涵。

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Nat. Nanotechnol.：具有多腔介孔分支的类似桨叶的自搅拌纳米反应器，用于实现增强的双重动态级联反应

开发能够将外部刺激转化为纳米级自持续运动（例如自旋转）的人工纳米材料系统，并同时整合和部署多个活性位点的空间定位以揭示分子的颗粒内扩散模式，对于绿色合成化学而言具有重要意义。

2025年5月13日，内蒙古大学（复旦大学）赵东元院士、刘健教授、马玉柱教授及吉林大学朱有亮研究员等人展示了一种桨状的自搅拌介孔二氧化硅纳米反应器系统，其具有分隔的腔室和可控制的活性位点间距。该纳米反应器通过将磁性Fe3O4（约20纳米）封装在第一个腔室中进行设计，同时，Au和Pd纳米晶体在不同区域被空间隔离。在旋转磁场作用下，这种纳米反应器能产生纳米级旋转，并在 5,6-二甲基菲啶的串联合成中表现出比传统宏观搅拌高一个数量级的活性（选择性为 96.4%）。同时，定量揭示了旋转所导致的活性中间体顺向和逆向转移的增强，从而揭示了自旋转和邻近效应在控制催化性能方面的重要性。

图1-1 桨状多室介孔纳米反应器

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：具有可调结构和纳米级精度的介孔TiO2的简便合成方法

二氧化钛（TiO₂）由于其半导体和结晶特性，广泛应用于催化、传感、能量存储和转换等领域。具有高孔隙率的有序介孔TiO₂材料能够进一步改善质量扩散和表面接触。然而，尽管过去已合成了TiO₂基体和多晶型材料，如何控制介观TiO₂的形貌和尺寸、孔形和孔径、晶体相位及取向仍然是一个挑战。

为解决这一问题，2025年5月23日，内蒙古大学（复旦大学）赵东元院士和兰坤教授团队报道了一种简便、可控的溶液处理逐步自组装策略，用于合成一系列具有高度可定制结构（从原子尺度、纳米尺度到介观尺度）的介孔二氧化钛材料。该方法的核心在于预先形成柔性的F127/TiO₂复合微胶束水凝胶作为稳定构筑单元，随后在不同外部条件（如受限空间、液-液界面、固-液界面）引导下进行第二步组装，从而实现对材料形貌（如花束状微球、裂开微球、单层纳米片、三明治结构、垂直阵列薄膜等）、孔径和晶相的精准调控。详细的操作步骤确保了实验的可重复性。整个流程中，微胶束水凝胶的制备约需21小时，后续获得多样化介孔TiO₂结构的合成时间通常约为50小时。该方案适用于纳米材料、多孔及无机材料等相关领域的研究人员。

图2-1 基于溶液的自组装方法概述，用于制造多功能介孔TiO2（mTiO2）结构

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：具有空心结构的单晶介孔金属-有机框架的分层工程

虽然层次化结构的优越性带动了广泛的应用需求，但由于单晶性与可控层次化结构之间的内在竞争和矛盾，在长距离有序单晶中建立层次化仍然是一个艰巨的挑战。

针对该挑战，2025年4月21日，复旦大学赵东元院士、李晓民教授团队展示了一种生长和解离动力学协同策略，用于合成具有分层结构的中空单晶介孔金属有机骨架（meso-MOFs）。该方法采用双模板方法，将硬模板和软模板集成在一起。通过调节HCl/CH3COOH的比例，可以调节反应体系的pH值来调节酸敏感晶种的解离动力学，作为形成空心结构的硬模板，同时调节双酸的浓度来控制介孔MOF壳的生长动力学。

保持单一结晶性和实现良好定义的层次结构之间的竞争可以有效地平衡。在两种界面动力学的驱动下，成功地获得了八面体介孔MOF纳米颗粒，该纳米颗粒不仅具有明确的中空结构，具有精确可控的中空尺寸（~81~1120 nm）和可调的壁厚（~28.6~61.3 nm），而且保持了其单晶完整性。

具体来说，晶种的解离动力学决定了空心结构的形成，而单晶介孔MOF壳的生长动力学确保了均匀的覆盖和结构完整性。在此基础上，进一步开发了一系列具有分层纳米结构的新型中空介孔MOF，包括中空开囊介孔MOF、二维中空介孔MOF、中空层间结构介孔MOF、宏-介孔-微三模多孔MOF等。这是第一个制备单晶有序介孔MOF纳米片的案例。

图3-1 具有中空层间结构的单晶介孔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：多段介孔二氧化硅纳米竹状结构的逐步自组装以实现增强的隔热效果

介孔二氧化硅（mSiO₂）因其优异的隔热性能而备受关注，其孔道结构可通过Knudsen效应抑制气体传热。然而，传统的合成方法（如单一表面活性剂模板法）难以构建具有明确分段结构的介孔材料，且缺乏对分段排列的二级组装控制，限制了其在隔热等领域的性能提升。因此，开发一种能够精确调控分段结构的自组装策略具有重要意义。

2025年4月24日，复旦大学赵东元院士、赵再望教授团队提出了一种逐步自组装策略，用于制备多段介孔二氧化硅纳米竹子。该结构由16–25个梭形介孔段首尾连接而成，总长约0.7–1.0 μm，每段由10–13层平行层组成，层厚约2.5 nm。研究表明，其形成始于小双层胶束单元组装为梭形段，进而进一步组装为纳米竹子。通过动力学调控，可实现长度和分支形态的调控。得益于多段多层结构，纳米竹子能显著限制气体流动，热导率低至约41.67 mW·m⁻¹·K⁻¹。将其与纤维素纳米纤维复合后可制备机械稳定、轻质多孔的气凝胶，热导率进一步降至约19.85 mW·m⁻¹·K⁻¹，显示出优异的隔热潜力。

图4-1 多段介孔二氧化硅纳米竹子的合成与表征

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

5

JACS：结晶且稳定的分层多孔共轭有机框架——电合成的理想平台

共价有机框架（COFs）是一类由有机单体通过强共价键连接而成的结晶性多孔材料，具有高比表面积、周期性有序的孔道和可调的孔径，广泛应用于光催化、气体吸附与存储等领域。然而，传统COFs缺乏面内π-共轭键，在酸碱性介质中化学稳定性较差，限制了其在电合成条件下的应用。

为解决这一问题，2025年6月4日，复旦大学赵东元院士、李峰研究员团队报道了一种结晶性高、稳定性好的分级多孔π-共轭有机框架（聚酞菁，HPPc）的合成，并证明其可作为理想的电合成平台。所制备的晶体HPPc具有高比表面积（约324 m² g⁻¹）、丰富的固有微孔（1.4 nm）以及由硬模板诱导的均一且相互连通的介孔（35 nm）。这种双孔结构设计有助于提升活性位点分散性和传质效率。此外，高结晶性带来的长程有序性使得活性位点可按需精确定制。通过锚定镍和钴原子，优化后的催化剂表现出优异的析氧反应性能，在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位仅为305 mV，塔菲尔斜率为40 mV dec⁻¹，显著优于商用RuO₂。该工作为合理设计与合成具有化学稳定性和结晶性的分级多孔π-COFs开辟了新途径。

图5-1 HPPc NiCo的合成与形貌表征

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：具有定制开口窗口和可调表面交叉槽道的常规介孔超粒子

传统的中空介孔结构虽具有高比表面积和良好的封装能力，但其封闭的外壳导致电子/离子传输动力学缓慢，且光滑表面在高压实电极中易形成随机分布且易堵塞的电解液通道，限制了其在离子储能中的倍率性能。

为解决这一问题，2025年6月16日，内蒙古大学武利民教授、赵东元院士及内蒙古大学赵再望教授、赵玉娟博士团队首次报道了一种具有可调控开口窗口与表面交叉凹槽的规则介孔空心碳超粒子（MHCSs），通过静电辅助单分子胶束限制组装策略合成。

该超粒子中心为空腔（约250 nm），壳层具有定制横向开口窗口（35–50 nm），使内外表面完全连通；其表面单层球形介孔（约15 nm）有序排列形成独特的交叉凹槽。凹槽的宽度（29.5–62.4 nm）、深度（2.1–40.7 nm）及数量（横向与纵向11×11至5×5）可通过多巴胺/模板质量比精确调控。

作为水系锌离子混合电容器的高负载电极材料，MHCSs表现出弱极化、高比容量（0.1 A g⁻¹下205 mAh g⁻¹）和优异倍率性能（10 A g⁻¹下105 mAh g⁻¹）。表面凹槽的可调性实现了离子扩散动力学与电荷转移速率的正交控制，使其在不同环境下的储能应用中表现出潜力。

图6-1 介孔中空碳超粒子（MHCSs）的制备流程

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：界面微通道作为阳离子泵，用于增强渗透能的收集

渗透能作为一种源于海水与河水混合的可再生能源，因其储量巨大且波动性小而受到广泛关注。理论上，全球渗透能发电潜力可达约2.4 TW，超过风能与太阳能的总和。目前，基于膜的反电渗析（RED）技术是实现渗透能转换的主要途径，但其实际应用受限于传统离子交换膜的离子传输效率低、膜厚较大、易堵塞等问题，导致功率密度普遍低于2.0 W m⁻²。

为突破这些瓶颈，2025年4月7日，复旦大学（内蒙古大学）赵东元院士、复旦大学晁栋梁教授团队提出了一种基于介孔二氧化硅包覆多壁碳纳米管/芳纶纳米纤维（MCNTs@mSiO₂/ANF）复合膜的阳离子泵策略，用于高效渗透能收集。该膜通过界面自组装法制备，其表面具有直径约3 nm、垂直排列的负电荷介孔通道，能够预先富集阳离子，并形成向阳离子传输的浓度梯度，从而持续将阳离子泵入纤维间纳米通道，增强电荷分离与离子选择性。

此外，亲水性的介孔二氧化硅壳层促进了离子传输，提高了离子通量。在模拟海水与河水（50倍 NaCl浓度梯度）条件下，该复合膜实现了8.24 W m⁻²的功率输出和0.91的阳离子选择性，并表现出优异的机械强度（~136 MPa）与长期稳定性。在实际海水/河水体系中，其功率密度进一步提升至9.93 W m⁻²，超越当前多数一维材料基膜的性能。该研究为纳米纤维膜在可持续渗透能转换中的实际应用提供了新途径。

图 7-1多壁碳纳米管@mSiO2/ANF 复合纳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.：受限手性中心堆积诱导的扭曲二氧化硅纳米带用于调节肿瘤细胞增殖

手性支配着跨尺度的生理过程，然而分子手性和介观结构手性之间的模糊联系仍然存在。2025年12月12日，复旦大学赵东元院士、赵天聪研究员、唐云研究员团队研究发现，虽然具有分子手性的肽两亲分子可以组装成非手性纳米结构，但与硅烷的共组装将形成左手螺旋扭曲纳米带，并产生肿瘤细胞活性抑制特性。合成的微米长的纳米带具有均匀的形貌，间距为~340 nm，宽度为~75 nm，厚度为~25 nm。硅烷-肽两亲体比例的增加调节了节圆半径比从4.5到10.4。在硅烷交联过程中，向手性中心的纵向堆积力可以成功地诱导手性从分子向介观结构转移。

理论计算证实，这种机制可以减少35%的表面积。在没有药物的情况下，这些扭曲的纳米带抑制肿瘤细胞活性高达60%，而非手性组装则低于30%。RNA测序显示介观结构手性通过抑制细胞粘附并最终破坏细胞代谢来触发细胞凋亡。该工作的研究重点是在介观结构手性形成过程中容易被忽视的多组分之间的分子相互作用以及介观结构手性的生物反馈作用，为理解自然界手性的进化和意义提供了新的视角。

图8-1 扭曲纳米带的拓扑结构表征

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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