武大/马普所AM：通用硅醇辅助法合成中空介孔碳，实现高性能储锂！

纳米多孔碳对包括能源储存在内的各种应用都非常有吸引力。它们通常采用组装两亲分子或多孔无机模板的模板化方法进行合成。在该家族的不同成员中，由亚10 nm无定形碳纳米管和由于其细孔壁而形成的超高比表面积组成的类CMK-5结构在各个方面具有最佳性能。然而，这种中空结构的中孔碳的制备需要精心调整模板孔壁的表面性质并选择特定的碳前体。因此，成功的案例非常有限。

图1 材料制备及表征

武汉大学顾栋、马普所Ferdi Schüth等报告了一种通用的硅醇辅助表面铸造方法，采用许多有机分子（如糠醇、溶胶、2-噻吩甲醇、多巴胺、酪氨酸）和不同的结构模板来创建中空结构介孔碳和杂原子掺杂的衍生物。这些发现表明，有机分子与富含硅醇基的模板表面之间增强的相互作用是成功合成这种空心结构材料的关键。这种表面铸造策略使得高比表面积的介孔碳材料的合成具有广泛的适应性，也能实现大规模合成。

图2 材料的结构和形貌表征

合成的介孔碳材料具有超高的比表面积（2400 m² g^-1）、大的孔隙体积（4.0 cm³ g^-1）和孔径可以精确控制在亚纳米级的结构特征。固态¹H MAS NMR和FT-IR光谱验证了功能模板和碳前体之间增强的表面相互作用是成功合成这种中空结构材料的关键。

作为概念验证，由MCF-OH模板化的SCC-3-FA-50电极在电流密度为0.1 A g^-1时显示出1460 mAh g^-1的优异可逆储锂容量、出色的倍率能力（5 A g^-1时为320 mAh g^-1），以及卓越的循环性能（2000次循环，5 A g^-1）。总的来说，这种硅烷醇辅助的表面铸造策略为制造具有特殊结构参数的介孔碳提供了新的见解和灵感，在储能和转化、催化、电子等领域有着许多潜在的应用。

图3 储锂性能研究

Versatile Synthesis of Hollow-structured Mesoporous Carbons by Enhanced Surface Interaction for High-performance Lithium-ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202305050

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