复旦赵东元院士Nature Protocols: 单胶束组装介孔碳材料

【导读】

根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料按孔径大小可分为三类:微孔(<2 nm)，介孔(2-50 nm)和大孔(>50 nm)。与其他类型的多孔材料相比，介孔材料因其具有大孔径、高比表面积、丰富的介孔结构、纳米尺度骨架和纳米约束效应等独特特征而引起了人们的广泛研究兴趣。这些令人着迷的特性使它们在催化、传感器、吸附/分离、生物医学、和能量存储/转换等许多不断增长的应用中具有显著的性能提升。自20世纪90年代初首次报道以来，功能介孔纳米材料的库迅速扩展，包括了广泛多样的组成，如聚合物、碳、金属化合物、贵金属、及其杂化物。特别是具有精确控制的介孔碳质纳米材料，由于其轻便、导电性、柔韧性、热稳定性和机械稳定性等优点，在许多先进应用中具有重要的前景，引起了广泛的科学和技术兴趣。

【成果简介】

复旦大学赵东元院士一直从事于介孔材料的研究，2020年由于在有序介孔高分子和碳材料领域的杰出成就，荣获国家自然科学一等奖。本文通过构筑单胶束体系来合成多功能介孔高分子和碳纳米材料，是该领域的又一重要进展，以题为“Monomicellar assembly to synthesize structured and functional mesoporous carbonaceous nanomaterials”发表于期刊Nature Protocols.

【数据概况】

图1.合成介孔碳材料的方法:（a）硬模板法；（b）软模板法和（c）单胶束组装法。

同时，该单胶束方法具有普适性。如图2所示，通过引入不同的表面活性剂可以得到不同结构的胶束，从而可以合成各种结构的介孔碳材料。

图2.合成不同介孔结构的碳纳米球。

另外，胶束的尺寸也可以通过加入不同量的均三甲苯来调节，从而可以合成不同尺寸的介孔。得到光滑的，高尔夫球的，多腔的和发散的纳米碳球，如图3所示。

图3.合成不同孔尺寸的介孔碳纳米球。

再者，通过在单胶束体系中加入其他的纳米材料，可以诱导胶束在它们表面组装，得到各种异质结构，包括壳核结构，纳米线结构，两面神结构和三明治结构，如图4所示。

图4.合成各种介孔碳异质结。

【成果启示】

综上，复旦大学赵东元院士团队报道了一种通用的单胶束组装方法，该方法具有很好的可调性，比如系统地合成了具有不同结构，孔尺寸的介孔高分子和碳纳米球和各种介孔碳异质结构。对于合成各种多功能的介孔材料开辟了新的道路，也揭示了单胶束组装方法的机理。

论文标题：Liang Peng, et al, Monomicellar assembly to synthesize structured and functional mesoporous carbonaceous nanomaterials, Nature Protocols, 17, (2022) DOI: 10.1038/s41596-022-00784-6

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41596-022-00784-6