自然界长期以来为材料设计提供灵感，其中，多段结构往往可在质量传输、空间利用等方面实现“1+1>2”的效果。受此启发，多段结构在纳米尺度上也展现出提升单一单元性能的潜力。在绝热领域，构建多段结构能有效利用不同物质之间的导热差异从而实现性能优化。介孔二氧化硅（mSiO₂）具有丰富的孔道结构，同时其孔径小于空气分子平均自由程，不仅可增强Knudsen效应，抑制热传导，同时也可以限制气体对流。然而，目前mSiO₂的构筑主要依赖单一表面活性剂的一步连续自组装，不仅难以形成具有明确分段的单元型结构，也缺乏有序连接多个单元的能力。另一方面，适用于纳米粒子的组装方法又往往依赖外场作用或修饰处理，并不适用于胶束的组装，影响了其可控性与可拓展性。利用软凝聚态物质如胶束来构建分段结构不仅需要精确设计单元与单元之间的锚定点，还需要稳定的外围交联结构以抵消段-段组装过程中非平衡状态所带来的能量成本。实现这一目标需要对分子到介观层次组装过程的精确控制，仍然是一个重大挑战。

近日，复旦大学智能材料与未来能源创新学院赵东元、赵天聪课题组通过逐步自组装策略，实现了具有多段结构的层状mSiO2纳米竹的构建。其中，纳米竹的段数及连接方式精确可调。同时材料具有优异的绝热性能。相关研究成果以“Stepwise Self-Assembly of Multisegment Mesoporous Silica Nanobamboos for Enhanced Thermal Insulation”为题在Journal of the American Chemical Society上发表。

研究通过逐步自组装策略，实现了多段mSiO2纳米竹的可控合成。这些均匀的多段mSiO2纳米竹具有长程有序的层状介观结构。通过调节组装动力学，可以系统控制纳米竹的段数及其排列行为。这种独特的多段结构，是通过CTAB和DODAC共组装形成的小尺寸胶束单元逐步自组装形成。此外，纳米竹展现了优异的绝热性能（~ 41.67 mW·m-1·K-1），并且可用来构建具有超低的热导率（~ 19.85 mW·m-1·K-1）的多级孔气凝胶。这项工作为设计和合成具有稳定介观结构的新型多段纳米材料提供了一种灵活多样的方法，同时为自组装化学与科学提供了一种新的理解。

复旦大学化学系博士研究生黄曦锐为论文第一作者，赵东元教授、赵天聪青年研究员为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、复旦大学等机构与项目的大力支持。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05154