化學所在環狀膠體研究方面取得進展

　　環狀膠粒是一種典型的非凸膠體，是構建復雜多層級材料的新型自組裝基元，其獨特的拓撲結構使其單粒子及其組裝體可能具有不同尋常的光電磁性能，因而為材料構建提供了很多新的可能性。但是，環狀膠體的研究仍缺少普適性且可規模化的合成方法，導致其材料性能的探索受限。

　　中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員劉冰團隊在環狀膠粒的合成、自組裝和功能材料發展方面取得了系列進展。在前期工作中，他們提出了一種“patchy模版合成”的策略，利用固體膠粒模板實現了二氧化硅環的批量化制備；在此基礎上，利用合成的環狀膠體，系統研究了膠體尺度的Plateau– Rayleigh不穩定性，并發現了該不穩定性是合成環狀Janus膠粒和環狀多patchy膠粒的有效方法；利用環狀膠粒作為框架，抑制Plateau– Rayleigh不穩定性，控制液體環（聚合物溶液）的收縮不穩定性，發展了聚合物盤狀膠粒的普適性合成方法；利用發展的高度均一環狀模型體系，探索了環狀膠體的自組裝行為，發現了新穎的自組裝結構與調控路徑，構建了新型液晶多孔材料。

　　近日，該團隊為發展環基膠體材料，將“patchy模版合成”策略推廣到液滴模版，利用液滴特殊的保護作用與穩定能力，發展了一種選擇性生長新方法，實現了多種材料特別是碳環100%無粘連聚集的高效合成，并將膠體碳環用于構建鋰氧電池的自支撐電極。研究表明，該工作合成的碳環顯示了較強的過氧化鋰沉積活性。特別是，構建的碳環電極所具有的大孔通道極大促進了鋰氧電池中的離子傳輸和氣體擴散，提升了電池的電化學性能，首圈放電比容量高達20658 mAh/g。他們進一步通過直接觀察放電過程中過氧化鋰在碳環上的成核、生長及其隨鋰鹽濃度的動態演化過程，理解了碳環電極體系高放電比容量的微觀機理。該工作為構建多層次多孔電極在電催化和電化學儲能中的應用提供了新途徑。相關研究成果發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

　　碳環的高效合成與自支撐電極構筑示意圖