复旦大学李伟教授Adv. Mater. Interface：单胶束导向合成纳米介孔碳材料用于能源存储和转换

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论文信息

第一作者：张政豪

通讯作者：李伟教授

通讯单位：复旦大学

DOI：10.1002/admi.202400358

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202400358

文献速读

介孔碳材料因其高比表面积、可调的孔径结构、良好的导电性和易于功能化等特点，被广泛应用于催化、能量存储与转换、纳米医学等领域。本综述聚焦于“单胶束导向组装”路线，系统总结了纳米介孔碳材料的合成策略。在功能化设计和孔结构工程调控的基础上，我们讨论了介孔碳基纳米材料在能源存储和转换装置中的优势与应用实例。最后，本文指出了当前该领域面临的挑战，并对未来先进介孔碳纳米材料的合成和应用前景进行了简要展望。

正文导读

介孔碳材料可以通过胶束介导的软模板法或硬模板法来合成，但传统方法制备的介孔碳材料尺寸偏大，达到微米级，这在一定程度上制约了物质的高效传输以及活性位点的充分暴露。有鉴于此，本综述聚焦于介孔材料的最小构筑基元——单胶束，围绕“单胶束导向组装”策略归纳了近十年间在纳米尺寸介孔碳材料的设计合成及其应用方面的进展。

首先，我们阐述了单胶束的概念以及稳定单胶束的策略，进而总结了基于单胶束基元构筑纳米介孔碳材料的合成路径，主要可分为水热合成和溶液相合成。目前，多种形态的纳米介孔碳材料已能够被可控合成，包括零维单胶束、一维纳米线、二维纳米片以及多种三维结构。同时，我们强调了其中的合成机理以及合成过程中关键参数如何精确调控材料形貌和介观结构。

其次，我们系统地总结了纳米介孔碳材料功能化的策略，包括杂原子掺杂、单原子或纳米颗粒负载、核壳结构以及非对称结构设计等，这为构建高效能源转换与存储材料奠定了基础。

随后，我们讨论了介孔碳基纳米材料在电池、超级电容器和电催化领域的应用，并着重分析反应中的介观结构-功能关系，例如介孔孔道类型对电解液/气体传输的影响、介孔载体与活性位点/充放电产物之间的相互作用机制等，旨在通过这些结论反哺介孔碳基纳米材料的设计思路并定位其最佳应用场景。

最后，我们对未来介孔碳纳米材料在合成和应用领域所面临的机遇与挑战进行了展望，如从单胶束层面观察介观组装过程、利用单胶束策略精准定制纳米介孔材料、纳米介孔碳材料的可重复性和大规模合成以及切实利用纳米介孔材料的优势解决电化学存储和转换中的关键问题。

图1. 纳米介孔碳材料的形貌调控、功能化设计和电化学应用。

期刊简介

Advanced Materials Interfaces发表关于功能性界面和表面及其特定应用的研究成果，推动我们对界面过程的理解。考虑到固体、液体和气体之间的界面在几乎所有材料和设备中发挥着重要作用，该期刊的范围涵盖了物理、化学、材料科学和生命科学的跨学科融合。

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