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化工学院陆安慧教授团队在纳米炭材料精准合成领域取得新进展



时间:2021-11-01 作者: 点击:[]

近日,我院陆安慧教授团队利用不对称相转变诱导定向自组装方法,合成了系列尺寸可调纳米炭环,在新型纳米炭材料的精准合成方面实现了突破,为合成纳米环状材料提供了新思路。

纳米炭材料具有比表面积大、化学和热稳定性强、导电性好等优点,实现特定形貌纳米炭材料的精准合成一直是研究的热点和难点。陆安慧教授团队发展了特定形貌纳米炭材料的系列合成方法,包括实心炭球(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)、磁性炭胶体(Nano Res., 2016, 9, 1460–1469)、豆荚状纳米炭纤维(J. Power Sources, 2020, 472, 228501)、超薄纳米片(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 1632-1635)、表面粗糙纳米炭片(Angew. Chem., Int. Ed., 2021, 133, 6409-6413)等。同时基于这些材料特异性的形貌结构特性开展了吸附、催化、储能等方面的应用研究。

环状形貌纳米炭是一类二维材料,物理化学性质独特,例如与环半径相关的磁响应、环曲率有相关的机电效应等,在生物传感、电磁设备、能源存储等领域具有广阔的应用前景。但在溶液中,基于界面能最低原理,分子在无模板导向下倾向于生成各向同性结构,因此目前尚未有环状形貌纳米炭材料的相关报道。这也意味着,突破这一基本原理的限制,合成环状纳米炭是一项极具挑战性的工作。

图1 聚合物环、炭环及成环机理

针对上述挑战,陆安慧教授团队建立了不对称相转变诱导定向自组装的方法,合成了系列纳米炭环。基于环状模板剂的结构导向作用,可以实现截面圆直径的精细调控。成环过程动力学研究发现,环状前驱体胶束的形成依赖于十八醇在胶束内部不对称相转化驱动的“尖并尖”融合过程。该研究不仅丰富了纳米炭材料的形貌与结构,也为大规模制备金属及金属氧化物纳米环材料提供了新思路。上述研究成果发表在ACS Cent. Sci.(ACS综合旗舰期刊)上,文章的第一作者是我院博士研究生侯璐,通讯作者是陆安慧教授。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、辽宁省兴辽英才计划、长江学者奖励计划的大力支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.1c00735

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