央廣網(wǎng)大連1月5日消息（記者張四清 賈鐵生 通訊員馬坤）作為一種功能載體，空心納米炭球具有各向同性、生物相容性好、容載量高等優(yōu)良特性，在新能源和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示顯示重要應(yīng)用前景。但如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的差別化和個(gè)性化需求，精準(zhǔn)調(diào)控炭球結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微觀尺度下的納米定制，成為該研究方向的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。

　　眾所周知，有機(jī)聚合物納米球高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化為炭質(zhì)材料是納米炭球制備過程中的必經(jīng)途徑。但由于納米粒子表面能高，在高溫處理過程中極易熔并團(tuán)聚，限制了炭球在后續(xù)的納米加工中的應(yīng)用。為了攻克這一難題，大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸安慧教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)立足合成方法創(chuàng)新，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的特定需求，提出了納米空間限域熱解耦合自沉積、自活化的結(jié)構(gòu)調(diào)控集成策略，在微觀尺度下實(shí)現(xiàn)了多孔炭球的納米定制。

　　大空腔、單分散介孔空心納米炭球：逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥新載體

　　空心炭球具有各向同性、空腔體積大特點(diǎn)，是一種理想的藥物緩釋載體。獲得小尺寸、不粘連、可分散性的空心炭球是應(yīng)用的先決條件。課題組在前期提出的納米空間限域熱解策略基礎(chǔ)上，通過調(diào)控限域?qū)拥闹旅艹潭群妥越M裝聚合物單元的聚合程度，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控內(nèi)部殼壁自活化程度的目的，獲得了粒徑為90 nm、可穩(wěn)定分散于水相的離散態(tài)介孔空心炭球。作為抗癌藥物阿霉素(DOX)的載體，裝載量達(dá)到54.5%。用低于光熱治療強(qiáng)度的飛秒脈沖激光照射空心炭球，產(chǎn)生獨(dú)特的光熱效應(yīng)和優(yōu)異的激光輔助緩釋性能，對耐藥腫瘤細(xì)胞可同時(shí)進(jìn)行耐藥逆轉(zhuǎn)及熱療、化療聯(lián)合治療。研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1947-1955（與國家納米中心陳春英研究員合作）。

　　具有核果類果實(shí)結(jié)構(gòu)的納米炭球：有效封裝儲能活性物質(zhì)

　　空心炭球巨大的空腔是裝載鋰離子電池正負(fù)極活性物質(zhì)的理想載體，可以有效緩沖電極活性物質(zhì)充放電過程的體積膨脹問題。但如何克服毛細(xì)應(yīng)力，將電極材料有效封裝于納米空腔并提高其導(dǎo)電性，防止充放電過程中活性材料及電極反應(yīng)中間物種的溶出一直是富有挑戰(zhàn)性的難題。

　　針對這些應(yīng)用需求，課題組提出納米空間限域熱解耦合自沉積的結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，在聚合物球外表面通過構(gòu)筑緊密限域?qū)�，使聚合物熱解產(chǎn)物直接沉積在限域?qū)觾?nèi)表面，生成了像核果類植物的果實(shí)一樣有核、有殼、有空腔，且彼此相連的具有多級結(jié)構(gòu)納米炭球。以裝載鋰硫電池活性物質(zhì)為例，發(fā)現(xiàn)空腔可提高硫的儲存容量，有效減緩嵌鋰過程中的體積膨脹；介孔炭壁為硫的浸入和電解液離子的快速擴(kuò)散提供通道；微孔炭核具有強(qiáng)的吸附勢能夠吸附納米硫和電極反應(yīng)產(chǎn)生的多硫化物，相連的核殼結(jié)構(gòu)提供了材料連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。充放電測試結(jié)果顯示0.5 C倍率下循環(huán)200次后容量保持為960mAhg-1，6C倍率下容量仍能達(dá)到700 mAhg-1，顯示優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該成果發(fā)表在ACS Nano 2015, 9, 8504-8513.