化工學(xué)院陸安慧教授團(tuán)隊(duì)在納米炭材料精準(zhǔn)合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展
近日，我院陸安慧教授團(tuán)隊(duì)利用不對稱相轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)定向自組裝方法，合成了系列尺寸可調(diào)納米炭環(huán)，在新型納米炭材料的精準(zhǔn)合成方面實(shí)現(xiàn)了突破，為合成納米環(huán)狀材料提供了新思路。
納米炭材料具有比表面積大、化學(xué)和熱穩(wěn)定性強(qiáng)、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)特定形貌納米炭材料的精準(zhǔn)合成一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。陸安慧教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了特定形貌納米炭材料的系列合成方法，包括實(shí)心炭球（J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15304–15307）、空心炭球（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 11765 –11768）、多空腔炭球（Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1701518）、表面粗糙炭球（Adv. Funct. Mater., 2019, 30, 1906117）、磁性炭膠體（Nano Res., 2016, 9, 1460–1469）、豆莢狀納米炭纖維（J. Power Sources, 2020, 472, 228501）、超薄納米片（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 1632-1635）、表面粗糙納米炭片（Angew. Chem., Int. Ed., 2021, 133, 6409-6413）等。同時(shí)基于這些材料特異性的形貌結(jié)構(gòu)特性開展了吸附、催化、儲能等方面的應(yīng)用研究。
環(huán)狀形貌納米炭是一類二維材料，物理化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特，例如與環(huán)半徑相關(guān)的磁響應(yīng)、環(huán)曲率有相關(guān)的機(jī)電效應(yīng)等，在生物傳感、電磁設(shè)備、能源存儲等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但在溶液中，基于界面能最低原理，分子在無模板導(dǎo)向下傾向于生成各向同性結(jié)構(gòu)，因此目前尚未有環(huán)狀形貌納米炭材料的相關(guān)報(bào)道。這也意味著，突破這一基本原理的限制，合成環(huán)狀納米炭是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。
圖1 聚合物環(huán)、炭環(huán)及成環(huán)機(jī)理
針對上述挑戰(zhàn)，陸安慧教授團(tuán)隊(duì)建立了不對稱相轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)定向自組裝的方法，合成了系列納米炭環(huán)。基于環(huán)狀模板劑的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，可以實(shí)現(xiàn)截面圓直徑的精細(xì)調(diào)控。成環(huán)過程動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀前驅(qū)體膠束的形成依賴于十八醇在膠束內(nèi)部不對稱相轉(zhuǎn)化驅(qū)動的“尖并尖”融合過程。該研究不僅豐富了納米炭材料的形貌與結(jié)構(gòu)，也為大規(guī)模制備金屬及金屬氧化物納米環(huán)材料提供了新思路。上述研究成果發(fā)表在ACS Cent. Sci.（ACS綜合旗艦期刊）上，文章的第一作者是我院博士研究生侯璐，通訊作者是陸安慧教授。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、遼寧省興遼英才計(jì)劃、長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃的大力支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.1c00735
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