在軟模板法合成有序介孔炭時，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)動力學(xué)的精確控制和膠束自組裝的協(xié)同調(diào)節(jié)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，目前有序介孔炭的制備通常是通過單一調(diào)控成核動力學(xué)實(shí)現(xiàn)的。溶劑作為水熱反應(yīng)的主要場所，影響碳源與模板劑之間的作用力并決定了膠束堆積參數(shù)進(jìn)而影響了膠束自組裝方式。然而目前借助溶劑誘導(dǎo)所制備有序介孔炭主要是無定形的，調(diào)控目標(biāo)局限于孔隙結(jié)構(gòu)。因此，從膠束熱力學(xué)和成核動力學(xué)角度同時操縱膠束形態(tài)結(jié)構(gòu)以及碳源聚合速率，來實(shí)現(xiàn)對有序介孔炭形貌及結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控是具有挑戰(zhàn)性的。
作者以農(nóng)林廢棄物木粉為原料，以液化后得到的富含羥基的木粉液化物為碳源，通過乙醇來調(diào)控碳源與F127模板劑之間的作用力、碳源的聚合速率以及膠束的堆積參數(shù)p，制備了一系列形貌規(guī)整的有序介孔炭，例如有序介孔炭單晶、有序介孔炭纖維、陀螺狀有序介孔炭、足球狀有序介孔炭等。乙醇作為僑聯(lián)分子，可以增強(qiáng)碳源與模板劑之間的作用力，這對于明確介觀結(jié)構(gòu)的形成是必要的。同時，作為質(zhì)子捕獲劑，乙醇減緩了木粉液化物與甲醛之間的聚合速率，有利于復(fù)合膠束的有序自組裝，此外，作為一種良好的“潤脹劑”，乙醇對復(fù)合膠束親水區(qū)的潤脹作用使得膠束堆積參數(shù)p減小，這導(dǎo)致了柱狀膠束到球形膠束的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步演化為有序介孔炭介觀結(jié)構(gòu)由二維六方轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方以及孔結(jié)構(gòu)由條形到球形的轉(zhuǎn)變。此外，該工作還探究了模板劑/碳源比例、水熱溫度對產(chǎn)物形貌及結(jié)構(gòu)的影響，并在此條件下進(jìn)一步證實(shí)的乙醇對膠束的自組裝過程以及有序介孔炭形貌及結(jié)構(gòu)的影響。以有序介孔炭單晶為基底制備的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于分子印跡領(lǐng)域表現(xiàn)出高靈敏度、低檢測限、高特異性等特點(diǎn)。該項(xiàng)工作闡述了有序介孔炭形貌及結(jié)構(gòu)的性成果及轉(zhuǎn)變機(jī)理，為介孔炭材料的形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能化應(yīng)用提供了新的思路。
這項(xiàng)研究以“Ordered Mesoporous Carbon Featuring Single-Crystal Morphology and Tunable Pore Architectures via EtOH-Mediated Micelle Assembly”為題發(fā)表于SMALL期刊。文章第一作者為東北林業(yè)大學(xué)碩士研究生李楊，通訊作者為東北林業(yè)大學(xué)劉守新教授、李偉教授和馬春慧副教授。
圖1. 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下有序介孔炭
圖2.成核動力學(xué)驗(yàn)證以及不同通調(diào)控策略下乙醇對有序介孔炭形貌和結(jié)構(gòu)影響
圖3. 乙醇介導(dǎo)的膠束自組裝策略
圖4. 有序介孔炭單晶基底電化學(xué)傳感器識別能力測試
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202502475
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