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南京大学胡征/吴强综述:介观结构碳基纳米笼——先进的能源化学平台材料
出处:中国科学化学  录入日期:2020-06-02  点击数:1624

  南京大学胡征教授、吴强教授结合其团队近年来的研究工作,系统总结了介观结构碳基纳米笼的制备科学及其能源化学研究现状,着重探讨了介观材料对快速能量转化与存储性能的贡献,展望了面临的挑战和机遇。
  清洁可再生能源是当今世界关注的主题,关键是发展先进的能量存储与转化技术,核心是高效的储能材料和电催化剂。对先进电极材料的共性要求是:具有大的活性表面积,同时满足电子、离子和分子在活性位附近的快速协同输运。
  碳基纳米材料通常具有导电性高、稳定性好、形貌结构丰富、廉价易得等特点,在先进能源存储和转化领域应用十分广泛。过去的35年中,人们相继发现了0D富勒烯、1D碳纳米管、2D石墨烯和石墨炔等纳米碳材料,极大地促进了能源化学的研究和应用,但也存在诸多局限:富勒烯内腔极小,难以利用;碳纳米管比表面积较小、表面惰性,难以与其它物种复合;石墨烯容易π-π堆垛聚集;石墨炔的大量合成与调控仍有困难。不同于这些“明星”纳米碳材料,碳纳米笼早期作为电弧放电制备富勒烯/碳纳米管的副产物或杂质出现,长期未受到重视。近年来随着制备方法的发展,可以大量制得纯的介观结构碳纳米笼,其基本构筑单元是空心纳米笼,笼壁上有丰富的连通笼腔内外的通道(~0.6 nm)。这些纳米笼构筑单元相互联结成纳米片、进而联结成多孔微米球。除了可资利用的独特内腔及高比表面,其相互联结的骨架、微孔-介孔-大孔共存的分级结构还便于电荷/物料的协同输运,在能量存储、催化转化等领域用途十分广阔,成为先进的能源化学平台材料(如图所示),相关研究呈快速增长趋势。


  最近,南京大学胡征教授、吴强教授结合其团队近年来的研究进展,为Sci. China Chem.撰写综述文章“Mesostructured carbon-based nanocages: an advanced platform for energy chemistry”(封底论文),系统总结了介观结构碳基纳米笼的设计与制备方法,并从利用纳米笼的本征特性、通过其外表负载/内腔限域活性物种的角度综述了其在超级电容器、锂硫电池和锂离子电池、催化相关研究方面的最新进展,探讨了介观结构对高倍率性能的贡献,并展望了面临的机遇和挑战。
  详见:Qiang Wu, Lijun Yang, Xizhang Wang, Zheng Hu. Mesostructured carbon-based nanocages: an advanced platform for energy chemistry. Sci. China Chem., 2020, 63, 665-681.本文收录在“庆祝南京大学化学学科创立100周年专刊”,敬请关注。

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