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陆安慧团队在功能炭载体研究方向取得进展

时间:2015-12-07 10:37来源: 作者: 点击:

 

      作为一种功能载体,空心纳米炭球具有各向同性、生物相容性好、容载量高等优良特性,在新能源和生物医学领域显示显示重要应用前景。但如何根据实际应用的差别化和个性化需求,精准调控炭球结构,实现微观尺度下的纳米定制,成为该研究方向的难点和挑战。

      众所周知,有机聚合物纳米球高温热解转化为炭质材料是纳米炭球制备过程中的必经途径。但由于纳米粒子表面能高,在高温处理过程中极易熔并团聚,限制了炭球在后续的纳米加工中的应用。为了攻克这一难题,精细化工国家重点实验室陆安慧教授带领的研究团队立足合成方法创新,根据应用领域的特定需求,提出了纳米空间限域热解耦合自沉积、自活化的结构调控集成策略,在微观尺度下实现了多孔炭球的纳米定制。

大空腔、单分散介孔空心纳米炭球:逆转肿瘤耐药新载体

      空心炭球具有各向同性、空腔体积大特点,是一种理想的药物缓释载体。获得小尺寸、不粘连、可分散性的空心炭球是应用的先决条件。课题组在前期提出的纳米空间限域热解策略基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11765;J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15304;Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9023;Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1615),通过调控限域层的致密程度和自组装聚合物单元的聚合程度,实现了调控内部壳壁自活化程度的目的,获得了粒径为90 nm、可稳定分散于水相的离散态介孔空心炭球。作为抗癌药物阿霉素(DOX)的载体,装载量达到54.5%。用低于光热治疗强度的飞秒脉冲激光照射空心炭球,产生独特的光热效应和优异的激光辅助缓释性能,对耐药肿瘤细胞可同时进行耐药逆转及热疗、化疗联合治疗。研究成果发表在J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1947-1955(与国家纳米中心陈春英研究员合作)。

 

 

具有核果类果实结构的纳米炭球:有效封装储能活性物质

      空心炭球巨大的空腔是装载锂离子电池正负极活性物质的理想载体,可以有效缓冲电极活性物质充放电过程的体积膨胀问题。但如何克服毛细应力,将电极材料有效封装于纳米空腔并提高其导电性,防止充放电过程中活性材料及电极反应中间物种的溶出一直是富有挑战性的难题。

针对这些应用需求,课题组提出纳米空间限域热解耦合自沉积的结构调控策略,在聚合物球外表面通过构筑紧密限域层,使聚合物热解产物直接沉积在限域层内表面,生成了像核果类植物的果实一样有核、有壳、有空腔,且彼此相连的具有多级结构纳米炭球。以装载锂硫电池活性物质为例,发现空腔可提高硫的储存容量,有效减缓嵌锂过程中的体积膨胀;介孔炭壁为硫的浸入和电解液离子的快速扩散提供通道;微孔炭核具有强的吸附势能够吸附纳米硫和电极反应产生的多硫化物,相连的核壳结构提供了材料连通的导电网络。充放电测试结果显示0.5 C倍率下循环200次后容量保持为960mAhg-1,6 C倍率下容量仍能达到700 mA h g-1,显示优异的倍率性能和循环稳定性。该成果发表在ACS Nano 2015, 9, 8504-8513.

 

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