化学所刘冰/文锐JACS：胶体碳环的高产率合成及其在Li-O2电池中的应用

在多孔电极中使用碳材料具有令人印象深刻的优势。然而，精确定制碳电极的多级孔隙结构仍是一项尚未解决的挑战。

在此，中国科学院化学研究所刘冰，文锐等人报告了一种高效的位点选择性生长策略，通过模板化斑状液滴来合成胶体碳环。碳环可用于直接制造锂氧电池（LOB）具有分级孔的自支撑多孔电极。原位原子力显微镜显示，在放电过程中，放电产物在碳环上密集成核和生长，因此这种环是LOB中非常有潜力的电极材料。

中空碳环电极（HCRE）具有由环的随机堆积形成的微米级通道和由壁中的纳米孔连接的环形空腔组成的纳米通道。这两个通道都有助于离子传输和气体扩散，但放电产物的储存主要位于微米级通道中，导致LOB的高放电容量（20 658mAh/g）。

图1. 合成策略

总之，该工作基于斑状液滴的定点选择性模板策略高效合成了直径和长径比可调的单分散碳胶体环，并成功地用于制备自支撑和无粘合剂的LOB电极。微米级和纳米级通道的组合使碳环电极表现出优异的比容量。

此外，作者发现即使具有微米级通道，放电产物的沉积仍然会阻碍Li⁺的传输，这证明了在电极中构建大通道的重要性，并提出了提高放电容量的可能方向。因此，所构建的分级多孔环形电极在电催化和电化学储能方面具有潜在的应用。

图2. 空心碳环电极用于Li-O₂电池

High-Yield Synthesis of Colloidal Carbon Rings and Their Applications in Self-Standing Electrodes of Li–O2 Batteries，Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c09716

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化学所刘冰/文锐JACS：胶体碳环的高产率合成及其在Li-O2电池中的应用

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