用納米微乳液組裝法精確調(diào)控介孔碳球的孔尺寸和架構(gòu)
介孔碳材料是一種新興的介孔材料，它除了具有介孔材料通有的高比表面積和孔體積等結(jié)構(gòu)特點之外，還兼具獨(dú)特性質(zhì)，如表面屬性可調(diào)、化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好和機(jī)械穩(wěn)定性強(qiáng)等特性，因此在吸附、分離、儲能和電化學(xué)等領(lǐng)域擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。盡管介孔碳納米球具有如此優(yōu)異特性和應(yīng)用前景，但其孔隙大小和架構(gòu)的精確調(diào)控非常困難。特別是大孔（>20 nm）介孔碳球的合成具有巨大的挑戰(zhàn)性。人們發(fā)展了許多方法想實現(xiàn)這一目標(biāo)。有代表性的是以大分子量表面活性劑為模板的軟模板法（例如PS-b-PS），通過調(diào)控表面活性劑疏水段(PS段)的長度來實現(xiàn)大孔碳球的合成。這種方法可以實現(xiàn)孔隙的連續(xù)調(diào)控，但是表面活性劑的合成過程復(fù)雜，而且孔隙調(diào)控有限。另外一個有代表性的方法是以SiO2納米球為模板的硬模板法，通過調(diào)控SiO2球的大小以及選擇合適的前驅(qū)物來實現(xiàn)介孔碳球孔隙的調(diào)節(jié)。這種方法可以得到大孔的納米碳球，但是合成過程同樣非常復(fù)雜，耗時長，而且在后期去除硬模板的過程中應(yīng)用的強(qiáng)腐蝕性溶液具有危險性，不適合大規(guī)模合成。其他的合成方法，例如氣泡輔助法，分相法和多表面劑法所得到的碳材料在顆粒尺寸，形貌控制，孔隙均勻性等方面均存在不足。精確調(diào)控介孔碳納米球的孔隙大小和架構(gòu)，實現(xiàn)大孔介孔碳納米球的合成至今還未實現(xiàn)，探究普適性制備超大孔介孔碳球的方法顯得十分必要。
近日，趙東元院士團(tuán)隊在JACS上發(fā)文，報道了該課題組發(fā)展的一種納米微乳液組裝的普適性方法，用于合成具有可調(diào)孔徑和架構(gòu)的功能介孔碳納米球。
作者以商業(yè)化的Pluronic F127為模板，以多巴胺（DA）為碳源和氮源，以1,3,5-三甲苯（TMB）為調(diào)節(jié)劑，在水和乙醇的體系中合成一系列到具有可調(diào)孔徑的氮摻雜碳納米球。在合成的過程中，作者發(fā)現(xiàn)有機(jī)小分子（TMB）不僅對于孔隙的大小有著重要的作用，而且對于軟模板（F127）和前驅(qū)物（DA）所形成的界面有巨大的影響。因此，通過調(diào)控TMB的用量可以有效控制膠束的組裝方式，從而達(dá)到調(diào)控碳球孔隙和架構(gòu)的目的，分別得到了光滑碳球，高爾夫形碳球，多空腔形碳球，以及樹突形碳球。所合成的碳球的孔隙可以在5-37納米范圍連續(xù)調(diào)控。其中，樹突形碳球具有超大的孔徑（~37 nm），較小的粒徑（~128 nm），高的比表面積（~635 m2 g-1），和豐富的氮含量（~6.8 wt%）。得益于這些獨(dú)特的物理化學(xué)性能，其在堿性電解液中顯示出卓越的氧還原性能（ORR），包括高的電流密度，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和抗甲醇性能。這種簡單，巧妙的納米微乳液合成策略對于合成新穎的納米結(jié)構(gòu)提供了新思路。
該工作得到了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、聚合物分子工程國家重點實驗室、上海市分子催化與功能材料重點實驗室、國家重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金委、上海市科學(xué)技術(shù)委員會、上海市啟明星項目的大力支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b02091
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com