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炭微囊载体实现高量封装客体物种的研究进展

时间:2017-11-09 17:06来源: 作者: 点击:

      炭微囊具有内部空腔体积大、外部壳壁孔隙丰富的独特结构特征,被公认为是一种理想载体。大的空腔体积可实现高的客体物种封装量,外部炭壁能有效防止封装物种的流失,同时阻止外界化学物质进入,保证空腔内形成独特的化学微环境。但由于空腔内缺乏强的吸附势,客体物种很难通过毛细凝聚力穿过外部多孔炭壁,进入空腔内部,也就导致了空腔内体积很难被接近和利用。

       我院陆安慧教授领导的先进能源材料与催化课题组设想如果内部空腔被分割成许多由多孔炭壁相连的网格,空腔内的吸附势将会大大增强,客体物种也更容易进入空腔内部。因此,该团队研究人员建立了一种表面能驱动的自组装方法制备多空腔纳米炭球。基于小尺寸纳米粒子的高表面能特性,首先制备纳米乳滴做为基本单元;随后通过聚合物前体在纳米乳滴表面预聚合,得到高表面能的小尺寸次级结构单元;为了达到热力学稳定态,使体系自由能减小,次级单元会自发的聚集和组装,形成多空腔聚集体。多空腔纳米聚合物在惰性二氧化硅限域的空间内热解可得到空腔尺寸扩大的多空腔纳米炭球。制备的多空腔炭球用作载体时,由于空腔内强吸附势,内部空腔体积可全部被客体硫物种占据利用。电池性能测试结果显示制备的硫炭电极材料0.5 C下循环200次后容量保持为943mA h g-12 C下容量仍能达到869 mA h g-1 相关研究成果最近以“Surface Free Energy-Induced Assembly to the Synthesis of Grid-Like Multicavity Carbon Spheres with High Level In-Cavity Encapsulation for Lithium–Sulfur Cathode”为题发表在Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1701518

多空腔纳米炭球的形成示意图

 

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