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中科院過(guò)程所王丹Angew：多核@多殼空心復(fù)合材料的通用合成策略

事實(shí)證明，合理的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在解決不同領(lǐng)域的瓶頸方面卓有成效。特別是中空多殼結(jié)構(gòu)（HoMS）因其時(shí)空有序的傳質(zhì)和緩沖效應(yīng)而脫穎而出。非常需要在HoMS中定位多個(gè)核心，這可以賦予它更多迷人的特性。然而，由于高度具有挑戰(zhàn)性的制備，這種結(jié)構(gòu)幾乎沒有報(bào)道。

中科院過(guò)程所王丹等開發(fā)了一種可控的合成策略來(lái)實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，它適用于不同的核和殼。此外，核和殼可以調(diào)整為同質(zhì)或異質(zhì)，核和殼數(shù)也可得到很好的控制。

圖1 材料制備過(guò)程示意圖及應(yīng)用

首先將多個(gè)核嵌入一個(gè)富含金屬離子的碳球中，然后通過(guò)順序模板工藝煅燒處理后獲得多核@多殼結(jié)構(gòu)。該策略適用于多種核，包括Si納米粒子(NP)、TiO₂ NP、TiO₂空心球(HS)、Nb₂O₅ HS、CeO₂ HS、SnO₂ HS或它們的混合物，以及包括 CoFe₂O₄、MnCo₂O_4.5、NiCo₂O₄和ZnO/ZnMnO₃在內(nèi)的多種殼等。

圖2 材料形貌及結(jié)構(gòu)表征

此外，核數(shù)和殼數(shù)都可以得到很好的控制。這種結(jié)構(gòu)有利于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，作為L(zhǎng)IBs的電極，內(nèi)殼可有效地限制核的膨脹方向，而外殼保持穩(wěn)定的界面和整體結(jié)構(gòu)完整性，這已通過(guò)原位透射電子顯微鏡（TEM）分析得到驗(yàn)證。

此外，這種多核@多殼復(fù)合材料也有望實(shí)現(xiàn)多種藥物在不同位點(diǎn)的共同遞送并實(shí)現(xiàn)順序響應(yīng)釋放。

圖3 在鋰離子電池中的應(yīng)用

General Synthesis of Multiple-Cores@Multiple-Shells Hollow Composites and Their Application to Lithium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI:?10.1002/anie.202110982

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