多孔纳米反应器助力高效催化与能源存储！

【研究背景】

多孔纳米反应器是模仿细胞结构和功能的材料，因其在能源存储、异质催化等领域的广泛应用而受到关注。这类材料具备可调性和多功能性，与传统的催化材料相比，多孔纳米反应器在反应物的引入和反应路径的调控方面表现出色，能够实现级联反应，极大地提升了反应效率。然而，构建纳米级多层反应器的复杂性和优化结构的挑战依然存在，这给材料设计带来了诸多困难。

为了解决这一问题，内蒙古大学赵东元院士、刘健教授携手在多孔纳米反应器的研究中取得了新进展。该团队综述了多孔纳米反应器的基本结构特征和设计原则，深入探讨了其在新兴应用中的合成化学，尤其是在能源存储和异质催化方面的潜力。通过引入复杂的多层设计，团队成功获取了更高效的催化性能和可控的反应路径。

利用界面模板策略，该研究实现了刚性多孔纳米反应器的构建，展示了独特的结构-活性关系。研究结果表明，这些纳米反应器不仅能优化物质传递，还能调控反应环境，从而显著提高反应速率和选择性。这一成果为未来的多孔纳米反应器设计提供了新的思路和可能性，为更广泛的应用奠定了基础。

【综述亮点】

（1）综述指出多孔纳米反应器模仿细胞的结构和功能，提供了一种具有多种功能和效应的可调材料。这些反应器在纳米尺度上可作为容器和催化中心，能够吸引反应物进行级联反应，从而促进化学转化。

（2）研究通过分析多孔纳米反应器的基本结构特征及其在能源存储和异质催化中的应用，探讨了设计原则和合成化学。具体结果表明，复杂的多层设计能够有效调控反应路径，但在纳米尺度构建多级反应器依然面临挑战。

（3）此外，综述中提到这些反应器的孔隙特性能够提升反应效率，促进物质的传递和反应物的富集，增强催化效果。优化外壳参数（如组成、厚度和孔隙率）对提高局部微环境的调控能力至关重要。

（4）最后，文章总结了多孔纳米反应器在结构优化方面的困难，并提出了一些可能的设计改进方法，以推动其在未来应用中的发展，尤其是在能源和生物医学领域的潜在应用。

【图文解读】

图1: 多孔纳米反应器的定义。

图2: 多孔纳米反应器的演变和基本结构特征。

图3: 合理构建纳米反应器的一般模板策略。

图4: 多孔纳米反应器效应。

图5: 催化应用。

图6: 储能应用。

图7: 生物学应用。

图8: 用于不同应用的纳米反应器关键特征。

【科学启迪】

本文展示了其在催化和能源存储等领域的巨大潜力。多孔纳米反应器作为具有多层次设计的纳米容器，不仅可以有效调控反应物的转化过程，还能实现级联反应，提高反应效率。这种结构的复杂性虽然带来了设计和合成上的挑战，但同时也激励了研究者在合成化学和材料科学领域的创新。通过深入理解多孔纳米反应器的基本特征与设计原则，研究者们能够开发出更为高效、智能的催化系统。此外，文章还指出了当前结构优化的难题，提出了未来改进设计的方向。这些启示不仅为多孔纳米反应器的进一步研究提供了理论基础，也为开发新型功能材料奠定了基础，推动了相关领域的进步。通过不断探索多孔纳米反应器的设计与应用，科学家们将能够实现更广泛的技术应用，为能源、催化及生物医学等领域的发展带来新的机遇。

原文详情：Ma, Y., Li, H., Liu, J. et al. Understanding the chemistry of mesostructured porous nanoreactors. Nat Rev Chem (2024). https://doi.org/10.1038/s41570-024-00658-3