化學院宋溪明團隊孫志佳、葛昊等開發(fā)出碳材料氧化物誘導的金屬氧化物中空結(jié)構(gòu)無模板構(gòu)筑法
中空微納米結(jié)構(gòu)功能材料因其結(jié)構(gòu)特點而具有多種優(yōu)異物理和化學性能，在混合超級電容器 (HSCs)、鋰離子電池 (LIBs)、析氫/析氧電催化 (HER/OER) 等電化學能源相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。經(jīng)典的中空結(jié)構(gòu)材料合成通常涉及硬模板和軟模板的利用。然而，模板法通常會遇到合成過程耗時和模板去除工藝復雜且難以除盡等難以克服的障礙。因此，在實際應用中，不使用模板直接合成中空結(jié)構(gòu)材料是首選。多種不同機理的無模板中空結(jié)構(gòu)材料構(gòu)筑方法已經(jīng)得到發(fā)展，如奧斯特瓦爾德熟化、柯肯達爾效應、表面保護腐蝕法、電化學置換法等。然而，目前每一種機制所對應的無模板法都只適用于特定的體系，欠缺規(guī)律性和普適性。另一方面，解決金屬氧化物及氫氧化物不良導電性問題仍然是發(fā)揮其中空微納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異性能不可避免的挑戰(zhàn)，尤其是作為電極材料時。
最近，化學院“綠色合成與先進材料制備化學”遼寧省重點實驗室宋溪明團隊在相關(guān)研究中偶然發(fā)現(xiàn)，氧化碳納米管能夠誘導金屬氧化物中空微納米結(jié)構(gòu)的形成，并通過優(yōu)化實驗條件成功地制備了中空球二氧化鈰/多壁碳納米管復合材料 (HS-CeO2/MWCNTs)，進而拓展對這一發(fā)現(xiàn)的研究，采用氧化石墨烯和活性炭誘導其它金屬氧化物中空結(jié)構(gòu)的形成，最終開發(fā)了一種利用碳材料氧化物誘導中空結(jié)構(gòu)形成的導電中空金屬氧化物復合物制備的無模板普適方法。將HS-CeO2/MWCNTs用于超級電容器電極材料的研究表明，該材料具有優(yōu)異的電化學性能，其豐富的Ce3+和Osur可以提供容易接觸的活性位點，顯著促進荷電物種快速擴散和反應；其獨特的含有高密度中空球CeO2和導電碳納米管的三維穿插結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電荷存儲能力。
該項研究成果以“Versatile Template-Free Construction of Hollow Nanostructured CeO2 Induced by Functionalized Carbon Materials”為題，2019年4月在線發(fā)表在國際知名期刊Journal of Materials Chemistry A（影響因子：9.931）上，遼寧大學博士研究生孫志佳為第一作者，遼寧大學葛昊副教授、澳大利亞紐卡斯爾大學馬天翼教授（現(xiàn)為遼寧大學教授）和遼寧大學宋溪明教授為通訊作者。
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