研究背景
迄今為止，由于量子隧道效應、尺寸效應、表面和邊界效應以及庫侖堵塞效應等奇妙特性，大量具有易于調(diào)節(jié)尺寸、結(jié)構(gòu)和成分的微納米材料被廣泛開發(fā)并應用于光電子、環(huán)境材料、生物成像、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和藥物輸送等領(lǐng)域。因此，微納米材料加工屬于材料制造和應用領(lǐng)域，以實現(xiàn)在微納米尺度上的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計為目標，屬于21世紀最有趣的產(chǎn)業(yè)之一，被認為具有與信息技術(shù)和生物技術(shù)領(lǐng)域一樣大的潛力。
然而，傳統(tǒng)批量合成方法相對不靈活的缺點導致人們對微流控濕化學合成越來越感興趣，這使得連續(xù)制造工藝的發(fā)展成為可能。以微通道為代表的微反應器為化工材料的生產(chǎn)提供了一種高效穩(wěn)定的方法，具有產(chǎn)物性質(zhì)可控、回收率或選擇性高、反應體積小、能耗低、經(jīng)濟效益可觀等優(yōu)點。
研究亮點
本文綜述了近年來微反應器合成微納米材料的研究進展。
首先，對目前應用于微納米材料合成的微反應器的制造和設(shè)計原理進行了總結(jié)和分類。
然后，通過典型實例論述闡明包括金屬納米顆粒，無機非金屬納米顆粒，有機納米顆粒，Janus 顆粒和 MOF 材料在內(nèi)的多種微納米材料加工合成。
最后，對微反應器合成微納米材料的未來研究前景和關(guān)鍵問題進行了討論，包括繼續(xù)優(yōu)化微反應器的設(shè)計和加工成本，將多功能納米材料集成到微反應器中，改進微尺度下的材料合成理論和原位檢測技術(shù)，從理論測試向商業(yè)應用過渡。
總之，微反應器為微納米材料合成提供了新思路和新方法，在規(guī)?；a(chǎn)和科研方面潛力巨大。
▲ 圖1 微反應器類型：(a) 典型反應器，(b) 并聯(lián)和串聯(lián)反應器，(c) 網(wǎng)格反應器。
▲ 圖2 (a) (上) 三維蛇形通道示意圖，(中) 方波通道示意圖，(下) 直線通道示意圖。(b) 弧形微通道示意圖。(c) 交錯人字形混合器 (SHM)。
▲ 圖3 微反應器合成金屬納米顆粒
▲ 圖4 微反應器合成無機非金屬納米顆粒
▲ 圖5 微反應器合成有機納米顆粒
▲ 圖6 微反應器合成Janus顆粒
▲ 圖7 微反應器合成MOF材料
總結(jié)與展望
微反應器和連續(xù)流化學反應越來越多地被許多領(lǐng)域所接受，并以靈活可控的方式應用于人們生活的方方面面。本文綜述了微反應器的制備和設(shè)計原理，并詳細闡述了微反應器在微納米材料加工和合成領(lǐng)域的廣泛適用性。因此，微反應器是微納米材料合成的有效平臺。微反應器可以在微觀尺度上運行，這意味著分子碰撞頻率在在動力學上被顯著增加，最終實有效改善產(chǎn)品生產(chǎn)周期。目前，微反應器技術(shù)已經(jīng)成功地解決了工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)合成材料或化學品所面臨的一些問題。
該成果以“Microreactor-based micro/nanomaterials: fabrication, advances, and outlook”為題，發(fā)表于英國皇家學會旗艦期刊 Materials Horizons。昆明理工大學冶金與能源工程學院冉劍鋒為本文第一作者，尹少華教授、李世偉教授和張利波教授為本文通訊作者。
論文信息
Microreactor-based micro/nanomaterials: fabrication, advances, and outlook
Jianfeng Ran, Xuxu Wang, Yuanhong Liu, Shaohua Yin, Shiwei Li and Libo Zhang
Mater. Horiz. , 2023
010-82439598
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