【研究背景】

介孔碳材料由于其可调的孔径、较大的比表面积、多样化的结构、导电性优异及好的化学稳定性等特点，在新能源存储和环境催化等领域具有广阔的应用前景。研究表明，将介孔碳组装到其他基体材料上可以有效地发挥两者的协同作用，从而更好地全面提升其储能效果。在各种基底材料中，一维管状纳米结构由于其更大的纵横比和更快的电子/离子传输速率，在储能应用中显示出独特的结构优势。然而，目前关于介孔碳在碳纳米管上的可控组装的研究较少报道。此外，不同孔结构对锂离子电池电极材料的电化学性能也具有较大的影响。因此，如何采用简单有效的可控组装路线实现介孔碳材料在碳纳米管上的定向生长仍然是一个值得研究的课题。

【主要内容】

通过简单的协同组装策略，在三嵌段共聚物P123和F127的结构导向作用下，成功地将两种不同孔结构的高氮掺杂的介孔碳组装到碳纳米管（NMC/CNTs）上。实验结果表明，P123/F127质量比对其孔结构有重要的影响，即仅通过调节P123/F127的质量比可成功实现孔结构从球形（S-NMC/CNTs）到柱形（C-NMC/CNTs）的有效调控。得益于快速的电子/离子传输动力学，所得的S-NMC/CNTs负极材料在锂离子电池中表现出优异的电化学性能，在0.1 A g-1电流下循环100次后可实现588.1 mAh/g的高可逆容量，并具有优异的循环稳定性。值得一提的是，该可控组装路线也可拓展应用于其他不同结构和组成的基体材料。

图1 S-NMC/CNTs和C-NMC/CNTs复合材料合成示意图。

图2 (a-d)不同基体的模型示意图; (e) S-MF/SiO，(f) S-MF/Fe2O3，(g) C-MF/GO，和(h) C-MF/C的TEM图像。

【结论与展望】

通过三嵌段P123和F127共聚物的辅助组装，成功地将具有球形和圆柱形孔结构的氮掺杂介孔碳材料组装到碳纳米管上。在系统探索了组装过程后，发现共聚物的性质对NMC/CNTs的孔结构起着至关重要的作用。本研究提出的协同组装策略是通用的，与基板的组成、尺寸和尺寸无关。

Haitao Li, Haijiao Zhang, et al. Controllable assembly of nitrogen-doped mesoporous carbon with different pore structures onto CNTs for excellent lithium storage. Nano Research,  2023. 

https://doi.org/10.1007/s12274-023-5540-2.