精致结构的构建在先进材料的性能改进和应用扩展中起着至关重要的作用。由于难以在微米级到纳米级上实现内部结构和外壳的精细控制，具有精细分层结构碳微球的合成仍然是合成方法中的问题。吉林大学Zhen-An Qiao课题组通过表面活性剂指导的空间限制聚合策略实现具有精细分级结构的N掺杂多腔碳（MCC）微球。MCC前体不是传统的酚醛树脂，而是一种新的基于2,6-二氨基吡啶（DAP）的多室聚合物（MCP）微球，具有高达20wt％的高氮含量。通过双表面活性剂体系可以很容易地控制MCP微球的形态和尺寸。具有高微孔壳，多室内核和有益的N-掺杂的合成后的MCC可用作有前景的超级电容器材料。
PS:
MCP一锅法合成的两个聚合阶段:
1. 骨架状DAP-甲醛（DAP-F）预聚物微球在碱性溶液中的生长，主要涉及DAP的羟甲基化。 Pluronic F127和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）用作双表面活性剂体系以控制DAP-F预聚物的生长，其中聚合物表面活性剂F127充当空间稳定剂以防止DAP-F颗粒聚集。 DAP的NH2基团降低了带负电基团阴离子表面活性剂SDBS的静电排斥，通过降低表面活性剂的头基面积诱导囊泡的形成，然后导致在DAP-F球体中形成大腔室。
2. 通过加入乙酸（HAc）进行第二聚合阶段，其用作酸催化剂以加速DAP-F预聚物的进一步交联。微球中共同聚合导致大腔室的空间分隔并在其内部形成丰富的小腔室。
为了更好地理解空间分割的过程，通过减少HAc的量获得中间状态，并将相应的产物表示为MCP-F。通过将SDBS / F127质量比从0改变为0.4，将MCP的平均直径定制为250至3091nm。将得到的MCP在N2下碳化并通过CO2活化以获得壳中具有微孔的MCC。通过延长活化时间，MCC中的腔室可以充分渗透大量微孔，从而产生高达1797 m2 g-1的高比表面积和高达301 F g-1的高特定电容。
Tao Wang, Yan Sun, Liangliang Zhang, Kaiqian Li, Yikun Yi, Shuyan Song, Mingtao Li, Zhen‐An Qiao, Sheng Dai, Space‐Confined Polymerization: Controlled Fabrication of Nitrogen‐Doped Polymer and Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architectures. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201807876
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201807876