近年来，多组分晶化介孔材料（MCMM）因其高比表面积、可调的孔道结构、丰富的活性位点以及多组分协同效应，在能源转换与存储、催化、传感等领域展现出巨大潜力。然而，由于其合成体系复杂、结晶条件苛刻，MCMM的可控合成仍面临巨大挑战。

针对上述问题，吉林大学乔振安教授团队系统总结了MCMM的研究进展，重点阐述了其合成策略、形成机制、结构调控以及在能源与催化中的应用，为该领域的研究提供了重要的理论指导与实践参考。

相关综述成果以“Multi-component Crystalline Mesoporous Materials: Synthesis Principle and Application”为题发表在Advanced Materials上（//doi.org/10.1002/adma.202510911）。吉林大学乔振安教授为通讯作者，郑跃楠博士为第一作者。

一、合成策略：四大方法引领结构可控合成

多组分晶化介孔材料（MCMM）的合成堪称“在原子与纳米尺度上进行的精密雕刻”。其核心挑战在于：如何让多种性质各异的金属前驱体同步、均匀地组装，并在高温结晶过程中抵抗孔道结构的坍塌与组分相分离。

吉林大学乔振安团队系统梳理了四大合成策略：

1.添加剂辅助共组装

通过引入柠檬酸、单宁酸等小分子添加剂，有效调控金属前驱体的水解与缩合速率，避免相分离，实现多组分均匀分布。

2.基底界面导向自组装法

利用石墨烯、MXene等二维材料作为基底，提供丰富的界面作用力，引导介观结构有序组装。

3.特殊模板法

采用热稳定性更高的聚合物模板（如PEI、PVP），在高温下保持孔道结构不坍塌。

4.硬模板法

以有序介孔二氧化硅或碳为模板，通过纳米铸造技术获得高有序度的介孔金属氧化物。

二、典型材料体系：从尖晶石到高熵材料

论文深入剖析了几类最具代表性的MCMM，展示了合成策略如何赋能材料创新：

1.介孔尖晶石氧化物（如Li₄Ti₅O₁₂、LiMn₂O₄）

介孔尖晶石氧化物引起特殊结构，呈现出可调的化学性质，并带来了缺陷位点，显著促进了表面吸附、能量存储和催化过程。当应用于锂离子电池负极时，具有优异的倍率性能和循环稳定性。

2.介孔钙钛矿氧化物（如LaMnO₃、LaCoO₃）

具有复杂结构的多孔钙钛矿氧化物材料作为一类重要的金属氧化物材料，展现出了出色的热稳定性、电子迁移率以及表面化学性质的极大灵活性，且成分可调，被广泛应用于磁阻器件、超导体、多相催化、燃料电池或金属-空气动力系统中。

3.介孔高熵材料（HEOs/HEAs）

由五种以上金属元素组成，具有极高的结构稳定性和催化活性。所获得的高熵相是由巨大的构象熵驱动的，这种构象熵源于元素的均匀分布，其展现出意想不到的催化、机械性能以及在能量存储方面的显著应用。

三、应用前沿：赋能能源存储与高效催化

MCMM的独特结构使其在多个关键领域展现出卓越性能：

1.钠离子电池

Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）被认为是最优秀的多阴离子型钠离子导体结构材料之一。具有分层介孔/大孔结构的NVP单晶（HP-NVP）作为阴极时，展现出高的可逆容量、超快的反应动力学特性以及出色的循环稳定性。

2.锂离子电池

锂离子电池（LIBs）作为一种重要的可充电电池。多组分的多孔金属氧化物和锂基聚阴离子材料是锂电池中的高效电极材料，它们能够在高充电和放电速率下促进锂离子的扩散，并抑制电解质/电极界面的阻碍作用。

3.金属-空气电池

金属-空气电池作为一种高效的中高能量存储设备，近年来受到了广泛关注。由于阴极中氧气催化反应的速率较慢，多孔金属材料已被用作理想的催化剂，以加快充电和放电过程、提高总能量效率并改善锂-空气电池（LABs）和锌-空气电池（ZABs）的电化学性能。

4.催化应用

MCMM的另一个重要应用是作为高效的催化剂，MCMM催化剂的介孔结构，开放的框架结构和较大的表面积，在催化过程中会暴露更多的吸附活性位点。在CO氧化、轻烷烃转化、氢化反应中，MCMM因其丰富的活性位点和可调的电子结构，表现出高活性和选择性。

四、展望与挑战

尽管MCMM在合成与应用方面取得了显著进展，但仍面临以下挑战：

1.新方法开发：迫切需要发展更简单、绿色、普适性强的合成方法，实现MCMM的结构可控、组分可变合成。

2.机理深挖：借助原位表征技术和理论计算，在原子层面揭示组装与结晶过程的机理，实现从“经验摸索”到“理性设计”的跨越。

3.产研结合：推动MCMM在规模化储能器件、工业催化、环境治理等领域的实际应用验证，加速其产业化进程。

4.AI赋能：结合机器学习（ML）和高通量计算，加速新材料成分与结构的筛选与优化，大幅缩短研发周期。

结语

该综述系统性地总结了多组分晶化介孔材料（MCMM）领域的关键进展，清晰阐述了通过合成化学策略实现对其组分、结构与性能的精准调控。不仅为MCMM的可控合成提供了有效的设计原则和方法论指导，也为其在能源、催化等领域的应用奠定了坚实的基础。助力未来的研究在理性设计、绿色合成和实际应用等方面取得进一步突破。

论文信息：

Yuenan Zheng, Jiaqi Yang, Zhilin Liu, Zhen-An Qiao*,

Multi-component Crystalline Mesoporous Materials: Synthesis Principle and Application.

//doi.org/10.1002/adma.202510911.