第一作者：張政豪
通訊作者：李偉教授
通訊單位：復(fù)旦大學
DOI：10.1002/admi.202400358
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202400358
文獻速讀
介孔碳材料因其高比表面積、可調(diào)的孔徑結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性和易于功能化等特點，被廣泛應(yīng)用于催化、能量存儲與轉(zhuǎn)換、納米醫(yī)學等領(lǐng)域。本綜述聚焦于“單膠束導(dǎo)向組裝”路線，系統(tǒng)總結(jié)了納米介孔碳材料的合成策略。在功能化設(shè)計和孔結(jié)構(gòu)工程調(diào)控的基礎(chǔ)上，我們討論了介孔碳基納米材料在能源存儲和轉(zhuǎn)換裝置中的優(yōu)勢與應(yīng)用實例。最后，本文指出了當前該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，并對未來先進介孔碳納米材料的合成和應(yīng)用前景進行了簡要展望。
正文導(dǎo)讀
介孔碳材料可以通過膠束介導(dǎo)的軟模板法或硬模板法來合成，但傳統(tǒng)方法制備的介孔碳材料尺寸偏大，達到微米級，這在一定程度上制約了物質(zhì)的高效傳輸以及活性位點的充分暴露。有鑒于此，本綜述聚焦于介孔材料的最小構(gòu)筑基元——單膠束，圍繞“單膠束導(dǎo)向組裝”策略歸納了近十年間在納米尺寸介孔碳材料的設(shè)計合成及其應(yīng)用方面的進展。
首先，我們闡述了單膠束的概念以及穩(wěn)定單膠束的策略，進而總結(jié)了基于單膠束基元構(gòu)筑納米介孔碳材料的合成路徑，主要可分為水熱合成和溶液相合成。目前，多種形態(tài)的納米介孔碳材料已能夠被可控合成，包括零維單膠束、一維納米線、二維納米片以及多種三維結(jié)構(gòu)。同時，我們強調(diào)了其中的合成機理以及合成過程中關(guān)鍵參數(shù)如何精確調(diào)控材料形貌和介觀結(jié)構(gòu)。
其次，我們系統(tǒng)地總結(jié)了納米介孔碳材料功能化的策略，包括雜原子摻雜、單原子或納米顆粒負載、核殼結(jié)構(gòu)以及非對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計等，這為構(gòu)建高效能源轉(zhuǎn)換與存儲材料奠定了基礎(chǔ)。
隨后，我們討論了介孔碳基納米材料在電池、超級電容器和電催化領(lǐng)域的應(yīng)用，并著重分析反應(yīng)中的介觀結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，例如介孔孔道類型對電解液/氣體傳輸?shù)挠绊憽⒔榭纵d體與活性位點/充放電產(chǎn)物之間的相互作用機制等，旨在通過這些結(jié)論反哺介孔碳基納米材料的設(shè)計思路并定位其最佳應(yīng)用場景。
最后，我們對未來介孔碳納米材料在合成和應(yīng)用領(lǐng)域所面臨的機遇與挑戰(zhàn)進行了展望，如從單膠束層面觀察介觀組裝過程、利用單膠束策略精準定制納米介孔材料、納米介孔碳材料的可重復(fù)性和大規(guī)模合成以及切實利用納米介孔材料的優(yōu)勢解決電化學存儲和轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵問題。
圖1. 納米介孔碳材料的形貌調(diào)控、功能化設(shè)計和電化學應(yīng)用。
期刊簡介
Advanced Materials Interfaces發(fā)表關(guān)于功能性界面和表面及其特定應(yīng)用的研究成果，推動我們對界面過程的理解。考慮到固體、液體和氣體之間的界面在幾乎所有材料和設(shè)備中發(fā)揮著重要作用，該期刊的范圍涵蓋了物理、化學、材料科學和生命科學的跨學科融合。
