聚合物衍生的空心碳球在光热转换、能量存储、生物医学和催化等应用中具有巨大的实用价值。其中设计合适的聚合物前驱体是一个关键过程。探索新型的聚合物前体以及在新型聚合物中构建精细的空心结构对于合成方法和新型碳材料的发展都具有十分重要意义。

图1空心席夫碱聚合物（SBP）胶体微球的合成过程

  近期，吉林大学无机合成与制备国家重点实验室乔振安教授团队首次报告了一种梯度生长与限域聚合策略，实现了在SBP胶体球中构建可调的空心结构（图1a）。SBP球的梯度生长由Hill方程建模并通过透射电镜图像验证（图2和图1b-f）。通过改变十二烷基苯磺酸钠（SDBS）与F127的质量比从0到1，可以将SBP球的平均尺寸从180nm调整到1720nm。除了球体大小，SDBS与F127的质量比也可以控制SBP的内部结构。当改变SDBS与F127的质量比为0、0.05、0.2时，分别得到了单腔的空心纳米球、多腔环绕的空心纳米球、多腔室微球。随着质量比进一步增大，腔室变得更大但数量变少。另外，这些具有精细结构聚合物球被碳化成相应的多孔氮掺杂碳球时，其内部结构在加热过程中得到了很好的保持。该工作为聚合物胶体的生长机理研究和聚合物/碳材料中精细空心结构的构建提供了重要的参考。该工作以“Competition among Refined Hollow Structures in Schiff Base Polymer Derived Carbon Microspheres”为题发表在《Nano Letters》上（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00481）。文章第一作者是吉林大学王涛博士，共同第一作者博士生张亮亮。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2 聚合物球平均粒径与反应时间和SDBS/F127的关系

  该工作是团队近期关于聚合物和碳材料结构精细调控相关研究的最新进展之一。在过去的几年中，该团队制备了尺寸可调的新型聚合物胶体球及对应氮掺杂碳纳米球（Chem. Mater. 2017, 29, 4044-4051），并利用该聚合物单体，基于限域聚合策略合成了多腔室聚合物微球及碳微球（Adv. Mater. 2019, 1807876）和基于多级自组装策略合成了二维高氮掺杂介孔碳材料（CCS Chem. 2020, 2, 870-881）。另外，我们设计合成了两亲性嵌段共聚物PEO-b-PS和PAA-b-PS，通过溶剂诱导自组装和溶剂极性诱导界面自组装策略，分别合成了具有多级孔结构的超交联聚合物和介孔三嗪基材料（Adv. Mater. 2019, 1806254；Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,24299-2430）。这些材料在催化、吸附、储能方面发挥出了优异的性能。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00481