上海交通大学麦亦勇教授团队：双连续多孔结构立方相粒子的合成及其在能源存储与转化领域的应用
近日，上海交通大学麦亦勇教授团队的AMR述评文章“Functional Porous Cubosomes: Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion”在线发表，总结了双连续多孔结构立方相粒子的结构特点、合成策略，及其在能源存储与转化领域的应用前景。双连续多孔结构立方相粒子的三维周期性拓扑结构、高斯负曲率表面、均匀的应力分散等特点，可实现高活性位点利用率、高效的物质/电荷输运与能量捕获，超高的结构稳定性等，在能源存储与转换应用中展现出独特的优势。
关键词：双连续结构、多孔结构、三维连续孔道、高斯负曲率、力学超材料、能源存储与转化
文章内容简介
自然界中存在着许多双连续多孔拓扑结构，如多彩蝴蝶翅膀的骨架、坚韧的海星骨骼等。这些结构在自然选择中进化出独特的功能，启发了人们设计与制备类似结构的人工材料。近年来，上海交通大学麦亦勇教授团队已成功制备了一系列双连续多孔结构的功能材料，例如双连续结构立方相粒子，其内部孔道和框架呈现立方晶格有序排列。本文主要围绕该课题组在该领域的研究展开介绍，总结了其在双连续多孔结构立方相粒子的结构设计、合成策略与能源存储/转化应用研究方面取得的成果。
文章首先介绍了通过嵌段共聚物在溶液中自组装形成有序的双连续结构立方相胶束（polymer cubosomes, PCs）的方法，并绘制了自组装形貌相图。随后，通过nanocasting方法，利用PCs为模板可控构筑了多种双连续结构多孔功能材料体系，包括导电聚合物、共价有机框架（COFs）、金属有机框架（MOFs）、金属多酚网络、碳材料、金属与金属化物等，实现了复杂结构到材料功能的转化。作者重点阐述了双连续结构多孔功能材料在能源存储与转换应用中的独特优势：1. 三维贯通孔道能够使得活性物质畅通地传输至材料内部，从而提高整体的活性位点利用率；2. 连续的孔道和框架能够加快活性物质和电荷的传输，优化电化学动力学；3. 高斯负曲率表面能够降低物质/分子/反应中间体的表面吸/脱附能磊，从而有利于表面的催化反应；此外，周期性负曲率表面利于电场均匀分布于增强，从而利于离子的电化学吸附；4. 双连续结构的力学超材料特性能够高效均匀地分散材料内部的应力，从而显著提高材料的结构稳定性。这些特点是能源存储与转化材料所追求的，能够显著提升器件的存储容量、倍率、催化性能和循环稳定性等。本综述有望激发化学、材料、能源等领域研究人员的研究兴趣。
作者团队简介
麦亦勇 上海交通大学特聘教授，国家杰青
化学生物协同物质创制全国重点实验室，上海交通大学化学化工学院，教育部变革性分子前沿科学中心
麦亦勇博士，2001-2007年期间获上海交通大学学士、硕士、博士学位。2008-2013年在加拿大McGill大学从事博士后研究。2013年3月受聘上海交通大学特别研究员/博导，同年到德国马普高分子研究所交流访问。2018年6月晋升教授，2023年6月晋升特聘教授。主要研究方向为基于高分子自组装的光电功能材料化学体系。已在Nat. Mater., Nat. Water, Nat. Commun., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际权威杂志上发表研究论文160余篇，被引用13000余次。承担国家、省部级、企业项目10余项。担任SusMat，Nano Research，功能高分子学报等杂志（青年）编委。所获荣誉包括国家杰出青年科学基金资助、国家自然科学基金委创新群体研究项目核心成员、上海市优秀学术带头人、上海市高等学校特聘教授(含跟踪计划)、ChemComm Pioneering Investigator等。
课题组主页：
李晨，上海交通大学/美国加州大学洛杉矶分校，博士后研究员
李晨于2023年在上海交通大学获得博士学位，导师为麦亦勇教授。同年加入加拿大维多利亚大学Ian Manners教授课题组，从事博士后研究。2024年起，加入美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授课题组继续从事博士后研究。研究方向聚焦于聚合物自组装与多孔材料的构建，以及二维纳米材料的制备和先进功能探索。已在Science, Nat. Mater., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际权威杂志上发表研究论文20余篇。
向洛兴，美国杜克大学，博士后研究员
向洛兴于2024年在上海交通大学获得博士学位，导师为麦亦勇教授。目前他在杜克大学从事博士后研究，主要从事新型多孔材料的开发及创新电化学过程的研究，以应对能源与安全领域的挑战。
汤臣，上海交通大学化学化工学院，博士研究生
汤臣于2020年在湖北工业大学获得硕士学位，并于2021年9月加入上海交通大学麦亦勇教授课题组攻读博士学位。目前主要从事新型多孔材料在高性能钠离子电池电极中的设计开发与应用研究。
许志，上海交通大学，博士后研究员
许志于2022年在上海交通大学获得博士学位。目前在麦亦勇教授课题组从事博士后研究工作。主要研究方向为高分子合成及介孔功能材料的构筑，探索介孔结构与催化性能的构效关系。
徐富贵，上海交通大学化工学院高分子系，助理研究员
徐富贵主要从事功能高分子合成、自组装以及多孔功能材料的制备及其在能源相关领域的应用探索。迄今在Nat. Water, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nat. Commun., Nano Lett.等权威学术期刊发表论文四十余篇。担任Adv. Fiber. Mater.期刊青年编委。主持国家自然科学基金青年基金、上海市科委先进材料领域技术攻关项目（子课题）以及企业项目等科研项目6项。
扫码阅读麦亦勇教授团队的精彩Account文章：
Functional Porous Cubosomes: Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion
Luoxing Xiang, Chen Tang, Zhi Xu, Fugui Xu, Chen Li*, and Yiyong Mai*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00073
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