復旦趙東元院士Nature Protocols: 單膠束組裝介孔碳材料
【導讀】
根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)的定義，多孔材料按孔徑大小可分為三類:微孔(<2 nm)，介孔(2-50 nm)和大孔(>50 nm)。與其他類型的多孔材料相比，介孔材料因其具有大孔徑、高比表面積、豐富的介孔結構、納米尺度骨架和納米約束效應等獨特特征而引起了人們的廣泛研究興趣。這些令人著迷的特性使它們在催化、傳感器、吸附/分離、生物醫學、和能量存儲/轉換等許多不斷增長的應用中具有顯著的性能提升。自20世紀90年代初首次報道以來，功能介孔納米材料的庫迅速擴展，包括了廣泛多樣的組成，如聚合物、碳、金屬化合物、貴金屬、及其雜化物。特別是具有精確控制的介孔碳質納米材料，由于其輕便、導電性、柔韌性、熱穩定性和機械穩定性等優點，在許多先進應用中具有重要的前景，引起了廣泛的科學和技術興趣。
【成果簡介】
復旦大學趙東元院士一直從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領域的杰出成就，榮獲國家自然科學一等獎。本文通過構筑單膠束體系來合成多功能介孔高分子和碳納米材料，是該領域的又一重要進展，以題為“Monomicellar assembly to synthesize structured and functional mesoporous carbonaceous nanomaterials”發表于期刊Nature?Protocols.
【數據概況】
圖1.合成介孔碳材料的方法:（a）硬模板法；（b）軟模板法和（c）單膠束組裝法。
同時，該單膠束方法具有普適性。如圖2所示，通過引入不同的表面活性劑可以得到不同結構的膠束，從而可以合成各種結構的介孔碳材料。
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圖2.合成不同介孔結構的碳納米球。
另外，膠束的尺寸也可以通過加入不同量的均三甲苯來調節，從而可以合成不同尺寸的介孔。得到光滑的，高爾夫球的，多腔的和發散的納米碳球，如圖3所示。
圖3.合成不同孔尺寸的介孔碳納米球。
再者，通過在單膠束體系中加入其他的納米材料，可以誘導膠束在它們表面組裝，得到各種異質結構，包括殼核結構，納米線結構，兩面神結構和三明治結構，如圖4所示。
圖4.合成各種介孔碳異質結。
【成果啟示】
綜上，復旦大學趙東元院士團隊報道了一種通用的單膠束組裝方法，該方法具有很好的可調性，比如系統地合成了具有不同結構，孔尺寸的介孔高分子和碳納米球和各種介孔碳異質結構。對于合成各種多功能的介孔材料開辟了新的道路，也揭示了單膠束組裝方法的機理。
論文標題：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
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