万立骏院士/曹安民研究员综述：非模板法构筑空心碳材料及其二次电池应用

空心碳材料（HCNs）兼顾优异的导电性、结构稳定性和输运特性，在储能、催化、吸附及载药等众多领域展示广阔应用前景。通常HCNs的制备依赖于模板法，基于模板合成、碳前驱体包覆及模板去除以获得空腔结构。相关合成路线有助于形貌控制，但存在合成路线繁琐、产率低、对结构参数和组分的调控能力差等挑战。基于合成方法设计，实现非模板的HCNs高效合成，为构筑复杂多级结构、开拓新的应用场景等提供了可能。

作为一种独特的碳前驱体，金属有机框架材料（MOFs）主要由金属有机配体和无机金属节点经配位而构成，其丰富的化学特性不仅为其应用调控提供了基础，也为控制其生长过程、高效获得HCNs提供了特殊的设计平台。近日，中科院化学所万立骏院士、曹安民研究员等在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Template-Free Synthesis of Hollow Carbon-Based Nanostructures from MOFs for Rechargeable Battery Applications”的综述文章，对近年来基于MOFs设计实现非模板法HCNs构筑及其电池应用进行了介绍。

文中系统介绍了典型的非模板法合成路径，总结了基于MOFs构筑HCNs的空腔形成机制，并重点讨论了表面保护（Surface Protecting）、选择性刻蚀（Selective Etching）、配体交换（Ligand Exchange）及表面固定收缩（Surface-Stabilized Contraction）等四种结构调控原理；在材料合成基础上，就HCNs材料在二次电池中的应用潜力进行了探讨，着重总结了其在电荷存储活性位点控制、传质动力学优化和电极材料长循环结构稳定性上的关键贡献；最后，介绍了MOFs路线获得高性能HCNs电极上的挑战，强调了相关工艺在原料成本控制、生长过程调控、规模化合成控制上的难点，突出了HCNs材料在库伦效率等关键电化学性能指标上的不足，并就新合成方法设计与实现、二次电池性能优化等方面进行了展望。 

详见：De-Shan Bin, Ze-Lin Zheng, An-Min Cao & Li-Jun Wan. Template-free synthesis of hollow carbon-based nanostructures from MOFs for rechargeable battery applications. Sci. China Chem., 2023, 66(1): 65-77, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1398-5.

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【作者简介】

曹安民：中国科学院化学研究所研究员。2006年中科院化学所物理化学专业博士，2007年至2012年分别在美国匹兹堡大学、德州大学奥斯汀分校从事博士后研究，2012年加入中科院化学所任研究员。课题组致力于纳米能源化学研究，相关工作聚焦于电极材料表界面调控，获得兼具高比能、高功率、高稳定性的储能器件。

万立骏：中国科学院化学研究所研究员、中国科学院院士、发展中国家科学院院士、中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室主任、《中国科学：化学》主编。1996年于日本东北大学获得博士学位，1998年回国加入中国科学院化学研究所。主要从事扫描探针显微学、电化学和纳米材料科学的研究。发展了化学环境下的扫描探针技术，在表面分子吸附和组装规律、纳米图案化、表面手性研究等方面取得系列成果。致力于能源转化和存储器件的表界面化学、电极材料制备方法学和材料结构性能的研究，设计制备了系列高性能纳米金属材料、金属氧化物材料和锂离子电池材料等，并应用于能源和水处理等领域。

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