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)學領域顯示顯示重要應用前景。但如何根據(jù)實際應用的差別化和個性化需求，精準調(diào)控炭球結(jié)構，實現(xiàn)微觀尺度下的納米定制，成為該研究方向的難點和挑戰(zhàn)。

　　眾所周知，有機聚合物納米球高溫熱解轉(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聚，限制了炭球在后續(xù)的納米加工中的應用。為了攻克這一難題，大連理工大學精細化工國家重點實驗室陸安慧教授帶領的研究團隊立足合成方法創(chuàng)新，根據(jù)應用領域的特定需求，提出了納米空間限域熱解耦合自沉積、自活化的結(jié)構調(diào)控集成策略，在微觀尺度下實現(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，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，裝載量達到54.5%。用低于光熱治療強度的飛秒脈沖激光照射空心炭球，產(chǎn)生獨特的光熱效應和優(yōu)異的激光輔助緩釋性能，對耐藥腫瘤細胞可同時進行耐藥逆轉(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）。

　　具有核果類果實結(jié)構的納米炭球：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。但如何克服毛細應力，將電極材料有效封裝于納米空腔并提高其導電性，防止充放電過程中活性材料及電極反應中間物種的溶出一直是富有挑戰(zhàn)性的難題。

　　針對這些應用需求，課題組提出納米空間限域熱解耦合自沉積的結(jié)構調(diào)控策略，在聚合物球外表面通過構筑緊密限域?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一樣有核、有殼、有空腔，且彼此相連的具有多級結(jié)構納米炭球。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散提供通道；微孔炭核具有強的吸附勢能夠吸附納米硫和電極反應產(chǎn)生的多硫化物，相連的核殼結(jié)構提供了材料連通的導電網(wǎng)絡。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.