2025年，盛瀚牽頭國家重點研發(fā)計劃“高可靠高靈敏在線離子色譜分析儀"項目，聯(lián)合廈門大學等高校院所構(gòu)建“產(chǎn)學研用"創(chuàng)新體系。廈門大學化學化工學院張博教授團隊在色譜分離材料領(lǐng)域取得突破性進展，發(fā)展出一種可同時精準調(diào)控微球形貌與內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)的TiTAN 微納合成新策略，成功制備出高性能單分散有序介孔色譜微球，相關(guān)研究成果發(fā)表于國際頂級期刊Nature Communications。

研究背景

在色譜科學領(lǐng)域，兼具優(yōu)異單分散球形形貌和有序介孔結(jié)構(gòu)的分離材料，是實現(xiàn)高效、高分辨分離的理想介質(zhì)。然而，現(xiàn)有的體相合成方法難以同時實現(xiàn)微米級的外部形貌（球形度、單分散性）與納米級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（孔道構(gòu)型、孔徑大小）的獨立精準調(diào)控。這是因為，一方面，能夠構(gòu)筑內(nèi)部有序納米結(jié)構(gòu)（如金屬有機框架（MOF）、共價有機框架（COF）、有序介孔硅等）的方法往往難以在微米尺度制備球形外觀、單分散的微球材料，無法獲得高效分離；另一方面，能夠制備微米尺度完美球形顆粒的合成技術(shù)（如種子溶脹、乳液法）通常無法引入有序的納米孔道，制約了分離過程的傳質(zhì)效率。這一外部形貌與內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以跨尺度精準控制的經(jīng)典問題，大大限制了色譜科學的進步和分離介質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

研究內(nèi)容

廈門大學化學化工學院張博教授課題組在前期微流體精準制造色譜材料工作的基礎(chǔ)上（Angew. Chem.Int. Ed. 2025, 64, e202418642; Anal. Chem.2025, 97, 10972-10977; Anal. Chem.2025, 97, 10149-10154; Anal. Chem. 2025, 97, 5014–5021; Anal. Chem.2024, 96, 3989-3993; Anal. Chem.2022, 94, 8126-8131; Anal. Chem. 2021, 93, 8450-8458），進一步提出并發(fā)展了一種雙模板雙精準（TiTAN: Template-in-Template Assembly Nanostructuring）微納合成新策略。該策略將微流控液滴模板與結(jié)構(gòu)導向劑膠束模版通過自組裝相結(jié)合，首次實現(xiàn)了在單分散色譜微球內(nèi)部精準構(gòu)筑有序孔道結(jié)構(gòu)。

圖1 單分散有序介孔色譜微球的TiTAN合成與表征

TiTAN策略通過液滴模板控制微球形貌，同時在液滴內(nèi)部利用結(jié)構(gòu)導向劑自組裝形成有序介孔，實現(xiàn)了單分散微球形貌與內(nèi)部有序介孔結(jié)構(gòu)的獨立精準調(diào)控（圖1）。利用該方法制備的微球具有優(yōu)異的單分散性（CV ~3%）。

圖2 有序孔結(jié)構(gòu)單分散微球的結(jié)構(gòu)表征

通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)導向劑種類和用量以及水熱合成的條件，可以對有序介孔的孔構(gòu)型和參數(shù)（孔徑、比表面積和孔隙體積）進行調(diào)節(jié)。使用不同的結(jié)構(gòu)導向劑，在微球內(nèi)部成功構(gòu)建得到二維六方（圖1c）、體心立方、面心立方及立方雙螺旋等（圖2）多種高度有序的介孔納米結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)水熱處理的溫度和時間，實現(xiàn)了對孔徑連續(xù)、精細的調(diào)控（4.4–8.4 nm），分辨率高達2 ?（圖3）。

圖3 TiTAN合成有序介孔微球中孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的自由調(diào)節(jié)

所制備的有序介孔硅膠微球（OMP）經(jīng)C18鍵合后，展現(xiàn)出卓越的色譜動力學性能：其最低折合塔板高度（hmin）達2.78，較傳統(tǒng)全多孔填料（TPP）柱效提升近50%；同時保留能力顯著增強，對丁苯的保留因子（k）高達19.2（圖4）。

圖4 有序介孔微球與全多孔微球的性能比較

此外，有序介孔色譜材料在分離極具挑戰(zhàn)性的“關(guān)鍵物質(zhì)對"時表現(xiàn)突出（圖5）。對于多環(huán)芳烴（PAHs）混合物，在等度分離條件下成功實現(xiàn)16種標準品的分離，其中難分離物質(zhì)對苯并(b)熒蒽與苯并(k)熒蒽的分離度（Rs）達1.77。對于二甲苯異構(gòu)體，在常規(guī)C18色譜條件下，首次于15 cm短柱上實現(xiàn)了鄰、間、對二甲苯的基線分離。甚至對于理化性質(zhì)極為接近的同位素取代分子，如苯與氘代苯，亦可在55分鐘內(nèi)在同一短柱上實現(xiàn)基線分離（Rs = 1.51），展現(xiàn)了超高的分離效率與分辨能力。

圖5 單分散有序介孔微球色譜分離關(guān)鍵物質(zhì)對

總結(jié)與展望

張博教授團隊發(fā)展的TiTAN微納合成策略，突破了分離介質(zhì)形貌與結(jié)構(gòu)難以同時調(diào)控的經(jīng)典合成難題，為研究孔道結(jié)構(gòu)對色譜過程的影響提供了強大平臺，也為面向多種應(yīng)用場景（如小分子化學品、藥物分子到生物大分子分離）的色譜材料的合理設(shè)計和精密制造提供了重要基礎(chǔ)。

該研究成果近期發(fā)表于Nature Communications。廈門大學曾巨星博士后、博士生曹漢宸、孫楷越博士和藥明康德公司周拙恒博士為論文共同第一作者，廈門大學張博教授為獨立通訊作者。

導師介紹

張博

https://chem.xmu.edu.cn/info/1258/5133.htm

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原文鏈接

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