毫米超粒子（Supraparticles）是通过直接组装纳米颗粒而形成具有宏观尺寸的结构，制备过程无需添加粘结剂，在工业催化、吸附等领域有重要应用价值。在过去几十年里，先后发展了溶液组装方法和液滴组装策略，然而这些方法制备的超粒子通常尺寸在纳米到微米范围，机械强度低，难以调控内部组分、纳米颗粒堆积紧密程度及形貌，而且需要超疏水的基底材料。 山西大学杨恒权教授团队发展了一种“自下而上”组装制备毫米超粒子的新方法。该方法通过在液珠内部组装带相反电荷的纳米颗粒，制备了强度可达到50 N（每个颗粒承载力）的毫米超粒子，能够满足工业应用的指标。研究发现，纳米颗粒相互连接形成的三维网络结构，显著抑制了液珠内部的液体流动和纳米颗粒的不均匀沉积，从而改变了纳米颗粒的组装行为，避免了“咖啡环”效应所导致的非球性形貌；纳米颗粒之间的静电相互作用会影响纳米颗粒的堆积和机械强度，而这些作用可以通过调控颗粒尺寸、电荷密度和离子强度进行精细调控。该制备方法具有普适性，通过在带相反电荷的二元体系中引入第三种纳米颗粒，可以制备出一系列三元毫米超粒子。基于该方法，将含有酸、碱和金属位点的催化剂精确组装到毫米超粒子中，构建串联催化剂，该催化剂的固定床反应器中展现了良好的催化效率和出色的稳定性（200小时），其优异的催化性能归因于催化位点既空间上接近又空间上隔离。 该研究突破了现有方法难以制备毫米超粒子的局限性，为设计工业所需的高强度、多组分串联催化剂提供了新思路。
图1 高强度超粒子的制备及连续流动串联催化。（a）多组分、高强度毫米超粒子串联催化剂构筑。（b）在串联催化缩醛合成腈基酯中催化活性中心距离与反应收率关系。（c）缩醛一锅制腈基酯连续流动反应结果。 论文信息 Facile Fabrication of Robust Supraparticles for Spatially Orthogonal Cascade Catalysis Nan Xue, Shengjie Li, Hengquan Yang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202425342
