本成果是在广东省自然科学基金项目的资助下取得的，项目名称：“多腔室碳纳米球的原位自生“降解-自组装”设计构筑及形成机理 ”，合同编号：2022A1515011225。 

2、研究目的与意义：

 多腔室碳纳米球是近年兴起的一种类似自然界肺泡结构的新型碳材料。与单空腔结构（中空）相比，多空腔结构表现出更高的填充率，特别是由于单空腔中空碳纳米球的空腔内部缺乏强的吸附势能，客体分子很难通过碳壳进入内部空腔，结果客体分子将优先聚集在碳的外壳及表面，而多腔室碳纳米球为内部空间具有多个腔室的碳材料，内部空间的吸附势能明显增强，有利于客体分子顺利进入内部空腔，并提高内部空腔的利用率。多腔室碳纳米球作为一种功能载体材料，具有容载量高、密度低、比表面大、生物相容性好等优良特性，在生物医药和新能源领域显示出广阔的应用前景。

表面粗糙是非常重要的表面性质，如能提供更多暴露的活性吸附位点和通道，有利于客体分子在表面的传质，并促进介质在粒子内部的传输，提高纳米粒子的稳定性、吸附性能和粘附性。大的腔室和薄碳墙既能提高客体分子的负载率又能促进介质在腔室之间的传输。如果能制备表面粗糙且更大空腔的多腔室碳，将大大促进其在药物载体、吸附剂、催化剂及能源储存等领域独特的应用价值。

3、  主要论点与论据：

单宁酸是一种天然植物多羟基酚，譬如在多重氢键作用下，与固有认识不同，我们发现不需有机挥发性溶剂（油相），单宁酸即可与F127的PEO端通过氢键作用发生乳化，原位形成具有微乳结构的纳米乳液。本项目利用可再生的单宁酸与嵌段共聚物原位形成的纳米微乳液作为自模板，以乙二胺为氮源，耦合“降解-再组装”的结构调控策略，合理设计和合成具有表面粗糙、内部大腔室和丰富N掺杂的新型多腔室碳纳米球。本已经具有反应步骤少和无需额外模板等特点，相比于传统的乳液法，单宁酸作为自模板，不仅起到传统模板的支撑框架作用，还可以直接参与到纳米结构的形成过程中——模板材料直接转化为多腔室碳材料。

取得的主要成果：

（1）阐明了从多腔室碳到“碗状”多级碳转变的主要驱动力和关键因素。

（2）实现了多腔室碳纳米球的空腔大小、数量、位置、壁厚及表面粗糙度精密可控调节。调控多腔室碳球内部腔室的位置和分布，为扩展介孔碳材料的拓扑结构及实现定制化合成提供有力的理论及实验支撑。

（3）在国际学术期刊发表论文被SCI 收录 6 篇。其中，JCR一区标志性权威顶级期刊 2 篇（Advanced Materials, IF:29.4；Advanced Functional Materials, IF:19.9），二区 1 篇（Carbon, IF:10.9），四区 3 篇；培养硕士研究生 6 名。圆满完成各项研究任务，达到预期研究目标。

4、 创见与创新：

（1）从自然界肺泡的多壁结构中得到启发，以单宁酸乳液复合胶束单元为自模板，耦合“降解-再组装”的结构调控策略，以盐酸为“手术刀”工具，构筑表面粗糙、内部大腔室和丰富N掺杂的新型多腔室碳纳米球，在微观尺度下实现多腔室碳球的纳米定制。

（2）创新性地提出一种利用调控组装过程的方法，通过改变溶液极性及协同精密改变溶液初始反应温度，双重控制自模板的组装过程，调控多腔室碳球内部腔室的空腔大小、数量、位置、分布、壁厚及表面粗糙度，从多腔室到中空及碗状的转变，通过控制软模板与碳前驱体之间的组装来实现结构的多样性，为定制化新颖碳纳米材料提供可以借鉴的新思路。

（3）创新性地提出碳酸钾辅助法实现多腔室碳纳米材料高分散性的提升。

 

5、社会经济效益，存在的问题；

鉴于表面热动力学的限制，目前已报道的多腔室碳材料均具有光滑的表面。而表面粗糙是非常重要的表面性质。相对于光滑表面来说，粗糙的表面能提供更多暴露的活性吸附位点和通道，有利于客体分子在表面的传质，并促进介质在粒子内部的传输，提高纳米粒子的稳定性、吸附性能和粘附性。大的腔室和薄碳墙既能提高客体分子的负载率又能促进介质在腔室之间的传输。制备表面粗糙且更大空腔的多腔室碳，将大大促进其在药物载体、吸附剂、催化剂及能源储存等领域独特的应用价值。

传统的非极性表面碳材料缺乏足够的结合和限制效应来锚定活性物质，同时具有高度疏水性，这极大限制了其实际应用。

 

 6、获奖情况：

本项目严格按照原工作计划执行，研究成果在国际学术期刊发表论文被SCI 收录 6 篇。其中，JCR一区标志性权威顶级期刊 2 篇（Advanced Materials, IF:29.4；Advanced Functional Materials, IF:19.9），二区 1 篇（Carbon, IF:10.9），四区 3 篇；培养硕士研究生 6 名。圆满完成各项研究任务，达到预期研究目标。

研究成果经过国际同行专家评审，均充分肯定了本项目的创新研究价值，受到国内外同行专家的高度认可。计划在研究成果积累到一定程度后申报科技奖。