如何让介孔多组分金属氧化物同时拥有理想的组成、晶体结构和介孔骨架？长期以来，这一直是介孔多组分金属氧化物合成领域颇具挑战的问题。传统软模板方法虽然具有操作简单、结构可调等优势，但在多组分体系中往往容易出现元素偏析、快速成核、多晶聚集以及高温煅烧过程中的结构坍塌，从而限制了大尺寸单晶材料的构筑。

近日，乔振安教授团队受到自然界牙齿、骨骼和贝壳等“生物矿化”过程中三维连续有机基质精准调控无机晶体生长的启发，提出了一种仿生限域结晶策略（biomimetic confined crystallization），为这一难题提供了新的解决思路。具体来讲：利用聚丙烯酸（PAA）构建类似天然生物矿化有机框架的三维连续有机基质，PAA中的羧基可以与金属离子发生配位，同时形成连续的三维有机—无机网络，在热处理过程中起到“支架”和“缓冲器”的作用，抑制快速成核及元素偏析，并促进晶体连续生长。同时三维连续有机基质在热分解过程中可引导介孔结构的形成。更重要的是，这一策略并不局限于单一材料。通过调节PAA用量和热处理条件，该策略实现了材料从无定形、到多晶、再到单晶的结晶状态调控，并能够进一步调节材料尺寸。该方法还成功拓展至ZnAl、NdFe、PrFe、LaCu等二元体系，以及LaFeCu、LaCeFe、LaCoFe、LaFeMn等三元体系和更高组分的多金属体系，显示出较好的组成适应性和普适性。

图1.仿生限域结晶法制备大尺寸单晶多组分介孔金属氧化物及其NO3RR性能示意图。

针对具有重要应用价值的电催化硝酸盐还原反应（NO3RR）。大尺寸单晶介孔La2FeCuO6表现出优异的催化性能。在-0.70 V（vs. RHE）条件下，其NH3法拉第效率达到98.2%，NH3产率达到1.26 mgmgcat.-1h-1，同时NH3选择性达到97.6%。这主要归因于单晶结构、介孔网络和Fe–Cu双金属耦合效应在电子传输、物质传递及硝酸盐吸附活化与中间体转化过程中的协同作用。

该研究成果以“Biomimetic Confined Crystallization of Large-sized Single-crystalline Multicomponent Mesoporous Metal Oxides”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上（Angew. Chem. Int. Ed., 2026, e1975103）。吉林大学化学学院博士研究生王罗琪和德国康斯坦茨大学化学系陈宗坤博士为共同第一作者，吉林大学化学学院乔振安教授为通讯作者。

综上所述，该策略将自然界的生物矿化机制巧妙引入介孔金属氧化物的制备领域，突破了传统软模板法在复杂多组分体系中易发生相分离、无序多晶化以及高温煅烧条件下难以实现大尺寸单晶生长等固有局限。建立了一套从前驱体均匀化、限域结晶、介孔形成，到晶体结构和组成调控，再到催化性能优化的材料设计逻辑。为介孔单晶多组分金属氧化物的精准设计与可控制备提供了全新的途径，并为其在催化、能源转换等领域的应用开辟了新的可能性。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.1975103