陆安慧教授团队在纳米炭材料精准合成领域取得新进展

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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


      文章来源：大连理工大学
       陆安慧教授，大连理工大学博士生导师，化工学院院长，国家杰出青年科学基金获得者、科技部中青年科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者。聚焦能源高效清洁利用领域，主要从事多孔材料的制备及在能源催化转化过程中的基础和应用研究。在新型多孔炭的溶液合成及功能高效集成等科学前沿问题的研究中取得重要突破。首次提出“纳米空间限域热解”策略，创制胶体型炭，解决了纳米炭易团聚粘连的科学难题；在国际上首次利用聚苯并噁嗪炭源实现了含氮多孔炭的一步合成；从分子底层设计出发，实现了纳米材料孔道与形貌的精准调变及功能高效集成，显著提升了多孔材料的CO2吸附分离性能，实现了低碳资源临氧催化转化过程创新，推动了胶体催化技术和磁控分离催化技术发展。承担并主持多项国家自然科学基金、973国家重大计划专项课题、教育部重点计划等各类重点项目，以及多项国内外企事业委托项目。创新成果受到国内外同行高度认可，彰显重要的国际影响力，被Materials Views中国、国际著名评论期刊Materials Today等报道。已发表论文160余篇，被引10000余次，H-index为47，受邀出版英文专著2部，获得授权专利12件，在美国ACS年会、国际炭会议等具有影响力的会议上做大会或邀请报告40余次。部分成果获辽宁省自然科学一等奖、中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖，是Elsevier 年度化学领域高被引学者。培养的博士生、硕士生多人获得辽宁省优秀学位论文称号。