清华大学曲良体课题组ACS Nano综述：基于低维纳米材料的无机水凝胶

无机水凝胶由纳米尺度的无机骨架和高达99%的水组成，其基本单元可以是金属纳米颗粒、金属纳米线、SiO2纳米线、石墨烯纳米片和MXene纳米片等。得益于其无机组成单元的特殊性质，无机水凝胶通常具有高的电导率和热导率、优异的抗腐蚀性、大的温度适应窗口及大比表面积，在能量存储、催化、吸附、传感和太阳蒸汽发生等多个领域中均表现出优异的性能。此外，通过进一步处理，无机水凝胶还可以制备一些有趣的衍生产品，如超轻的无机气凝胶和致密的干凝胶等，进一步丰富了它们的功能和应用前景。

近期，清华大学化学系曲良体教授/程虎虎副研究员在ACS Nano上发表了题为《Inorganic Hydrogel Based on Low Dimensional Nanomaterials》的综述，全面概述了无机水凝胶及其衍生物的研究现状，包括无机水凝胶的结构、凝胶化机制以及它们在能源/环境相关的领域中的应用等。

无机水凝胶通常通过无机前体溶胶-凝胶过程或通过共价或非共价键（氢键、范德华力相互作用和π-π堆积）使预制的无机纳米片凝胶化来制备。通过调控其密度和孔隙度，无机水凝胶通常在导电性、导热性和活性比表面积等方面具有较大的制备灵活性。此外，无机物和水均性质稳定、不可燃且耐腐蚀，增加了无机水凝胶的应用稳定性。

图1 基于低维纳米材料的无机水凝胶的分类、性质及应用示意图

基于低维纳米材料灵活的组装能力，无机水凝胶可以分为三类：0D纳米颗粒基水凝胶、1D纳米线基水凝胶和2D纳米片基水凝胶（图1）。在本综述中，作者首先讨论了三种不同无机水凝胶的合成和凝胶化过程以及它们在制备过程中的骨架控制。然后，讨论了它们的组成和性质之间的关系，以及基于无机水凝胶优异性质的潜在应用，包括能量存储、催化、传感、太阳蒸汽发生和吸附等。最后，作者简要总结了无机水凝胶目前所面临的挑战，并提出了可能的解决思路，希望为未来无机水凝胶的制备和应用提供一定指导。

这项工作得到了国家自然科学基金委、清华佛山创新专项基金、山西省先进碳电极材料重点实验室建设基金的资质。曲良体教授、程虎虎副研究员为本文通讯作者，清华化学系博士后卢冰为第一作者。

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