作者:Phys Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 螺旋MCNs形成过程的示意图
首先，通过以300 rpm搅拌反应物形成层状胶束体系
然后，在剪切流的引导下，层状胶束被动态组装成介观结构的PDA纳米球
最后，冷冻干燥的PDA纳米球在N2大气中的碳化可以导致具有有趣的手性结构的螺旋MCNs的形成
信用:科学进展，doi: 10
1126/sciadv
abi7403 开发具有明确孔隙率和复杂多壳纳米结构的功能性碳纳米球具有挑战性
在科学进展发表的一份新报告中，彭亮和中国的一个化学和材料合成研究团队报道了一种层状胶束螺旋自组装策略，以形成具有独特手性的多壳介孔碳纳米球
在这种方法中，团队引入剪切流来驱动螺旋自组装
所得到的多壳碳纳米球的自支撑螺旋结构结合它们的高表面积和具有丰富中孔的丰富氮含量产生了优异的钾储存电化学性能
胶束导向的自组装为未来功能材料的纳米结构设计提供了一种简单而有力的策略
发展胶束系统 该团队开发了具有独特手性结构的多壳碳纳米球，包括在剪切流的驱动下创建层状的Pluronic三甲基苯(TMB)/多巴胺(DA)胶束系统，以控制前体的聚合并智能地自组装成多壳纳米球
层状胶束呈螺旋状连续生长，形成稳定的完整球体
当用作钾离子电池的阳极材料时，螺旋MCNs提供了优异的倍率性能和长循环稳定性
这种策略可以打开一个多功能平台来构建各种应用的纳米结构
彭等
在乙醇/水混合物中，以Pluronic平台为软模板，TMB为疏水相互作用中介剂，多巴胺为氮碳源，采用层状胶束螺旋自组装策略制备了MCNs
起初，彭等人
通过在300转/分的转速下从反应-演化中搅拌，在体系中组成层状胶束
然后，他们通过剪切流动将复合胶束动态组装成中间结构的聚多巴胺(PDA)纳米球
冷冻干燥的聚多巴胺纳米球在氮气气氛中的碳化导致具有有趣手性结构的螺旋MCNs的形成
螺旋多层纳米球形成的光学动态转变过程
实时
随着反应的进行，PDA纳米粒子逐渐从勺状粒子转变为具有螺旋纳米结构的多壳纳米球
同时，反应溶液经历一系列变化，从透明溶液到浅橙色乳液(1分钟)，然后到深棕色悬浮液(30分钟)，最后到黑色混合物(180分钟)
信用:科学进展，doi: 10
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abi7403 材料表征与发展 场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像显示，中间结构的聚多巴胺纳米球非常均匀，平均粒径为180纳米
利用透射电子显微镜(TEM)，该团队对聚多巴胺纳米球进行成像，以保持多壳手性中空结构，在高温煅烧后，它们保持该结构而没有塌陷和变形
利用放大的TEM图像，该团队清楚地显示了多壳结构的生长，并证实了三维多壳纳米结构显示了具有许多结构缺陷的碳框架的典型无定形相
利用元素图，彭等
然后显示了碳、氮和氧原子在每个碳壳中的均匀分布
结果表明材料具有层状介孔结构，而小角x光散射图显示多壳纳米结构
然后，他们还研究了溶剂对螺旋MCNs(多壳碳纳米球)形成的影响——虽然乙醇的存在有助于形成结构，但过量的乙醇会导致结构不稳定
此外，通过增加成分的质量比，科学家们改变了产品的结构，从光滑的固体纳米球到三壳结构
螺旋MCNs的物理化学表征
由层状胶束螺旋自组装策略制备的具有独特手性结构的介孔MCNs的(A) N2吸附等温线、(B) SAXS模式、(C) XPS测量和(D)高分辨率N 1s XPS光谱
(A)至(C)中的插图分别是相应的孔径分布、二维SAXS图像和元素重量百分比
a
u
任意单位
信用:科学进展，doi: 10
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abi7403 多壳碳纳米球的形态和结构 前驱体的用量和搅拌速率也会影响反应体系中MCNs的形态和介观结构
通过增加多巴胺的量，彭等人
将所得产品的结构从薄纳米圆盘调整为单一中空和多壳纳米球的混合物
通过增加多巴胺，他们进一步开发了具有完全开发的手性结构的纯五重壳纳米球
结果还强调了搅拌是多壳纳米结构自组装的驱动力
该团队通过影响开发过程中使用的共聚物模板的疏水和亲水比例来调节产品的形态和介观结构
不同结构介孔碳纳米球形成机理示意图
以不同疏水/亲水比的三嵌段共聚物为模板，制备了一系列介孔碳纳米球:(A) F108、(B) F127、(C) P105和(D) P123
信用:科学进展，doi: 10
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abi7403 结构和钾离子电池的电化学性能 为了评价电化学性能，彭等人
首次在0的电压范围内使用循环伏安法
01至3
0伏
利用TEM(透射电子显微镜)图像和氮吸附等温线分析，研究小组展示了多壳介孔结构如何在长期循环后得到很好的保持
在更高的电流密度下，螺旋多壳结构的优势变得更加突出
MCNs呈现了吸引人的速度能力和令人印象深刻的循环性能
为了进一步了解电极的电化学行为，彭等人
基于不同扫描速率下的循环伏安法测试进行动力学和定量分析
结果显示电容贡献率随着扫描速率的增加而逐渐增加，以证明多壳螺旋结构的优点
螺旋微纳米线的微结构表征
(A) FESEM图像，(B和D) TEM图像，(E和F)放大的TEM图像，以及(C和G)扫描TEM和能量色散x射线元素图谱图像，显示了通过层状胶束螺旋自组装策略制备的具有独特手性结构的介孔MCNs
信用:科学进展，doi: 10
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abi7403 合成方法的可控性和通用性
通过使用不同的Pluronic三嵌段共聚物(A至C) F108、(D至F) F127、(G至I) P105和(J至L) P123调节胶束的界面曲率制备的介孔碳纳米球的FESEM和TEM图像
(M)相应的粒径和孔径分布直方图
信用:科学进展，doi: 10
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abi7403 观点 通过这种方式，彭亮和他的同事利用嵌段共聚物自组装直接创建了多壳碳结构，并通过引入适当的中介剂来合理调节胶束结构以平衡结果
他们基于层状胶束螺旋自组装方法，开发了具有明确孔隙率和独特结构的均匀多壳碳纳米球
该方法的特点是引入剪切流，驱动层状胶束不断地自组装成稳定的多壳纳米球
胶束结构可以通过调节表面活性剂的比例来系统地调节，以产生花状和多壳纳米球
由此产生的MCNs为钾离子电池提供了出色的倍率性能、前所未有的手性结构和长期循环稳定性
这项工作代表了一个多功能平台，可以合成用于高级应用的新型纳米结构，以及关于胶束导向的自组装和化学的基础信息
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