将纳米晶体结合到有序的大孔结构中为设计功能材料提供了一条独特的途径，其将纳米晶体的形状和材料特性与宏观结构提供和设计的传质、电、热和光子特性相结合。反蛋白石是由基质材料中相互连接的球形空隙组成的高度有序的大孔结构，由于其优异的质量传输和光子特性以及对各种化学修饰、图案化和包含各种功能材料的适应性，在光学、催化和储能方面极具应用前景。
近日，哈佛大学Joanna Aizenberg报道了开发了一种自组装策略，用于合成基于可控形状纳米晶体的三维有序大孔（3DOM）反蛋白石结构。
文章要点
1）研究人员通过蒸发共组装法合成TiO2 反蛋白石膜（IOFs），包括首先合成具有所需形状的TiO2纳米晶体，然后将它们组装在由单分散羧酸封端的聚苯乙烯（PS）颗粒（直径为100-500 nm）组成的胶体悬浮液中。将约7cm×1cm的硅晶片矩形切片垂直浸入悬浮液中，当溶液缓慢蒸发时，在65 ℃下，发生复合蛋白石膜的组装，流体流向弯月面，驱动PS颗粒和纳米晶体的组装。
2）研究人员将所制备的IOFs的形态表征为包括沉积速率和酸碱度在内的几个实验参数的函数，并且报道了当纳米晶体和模板聚苯乙烯颗粒的体积分数比处于或接近临界值时，复合蛋白石膜具有无裂纹的和结构有序，这基本与基于组分通量模型给出的理论预测结果一致。
3）研究人员进一步将这些IOFs薄膜应用于亚甲基蓝的光催化降解，证明了预合成二氧化钛纳米晶的形状依赖性催化活性可以整合到3DOM结构中，并且光催化活性可以通过将高度有序的碘原子的光子特性与敏化甲基溴的吸收光谱相匹配并利用由此产生的慢光效应来进一步增强。此外，通过用PDMS刷涂覆IOFs，可保持高效的光催化分解并提高可回收性。
4）所提出的基于纳米晶体的合成策略可扩展到额外的功能材料，如所展示的ITO和Zn0.2Fe2.8O4，可以预见，通过采用针对光催化、电催化和氧化还原电池优化的受控形貌的量子点，该方法可以为合理设计新的功能性三维大孔结构的丰富库提供充分的机会。
参考文献
Jae Hyo Han, et al, Highly Ordered Inverse Opal Structures Synthesized from Shape Controlled Nanocrystal Building Blocks, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111048
https://doi.org/10.1002/anie.202111048
