例如石墨烯這樣的二維碳材料，因?yàn)橛休^大的橫向尺寸和特定的分子結(jié)構(gòu)而具有不同的理化特性。其中具有高比表面積，大孔體積和優(yōu)異電導(dǎo)率的中孔碳膜，被廣泛應(yīng)用在催化，儲(chǔ)能和傳感等眾多領(lǐng)域。得益于超高的橫縱比，人們認(rèn)為構(gòu)建高滲透的二維薄膜并使其在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行處理是充分發(fā)揮其潛力的必要條件。得益于垂直介孔結(jié)構(gòu)的高度可達(dá)性，學(xué)者們一直致力于構(gòu)建垂直取向的中孔結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高分子調(diào)節(jié)和直接運(yùn)輸。然而，目前主要依靠電化學(xué)輔助、強(qiáng)磁場(chǎng)或其他外部輔助手段來(lái)構(gòu)建具有大垂直介孔通道的定向介孔膜的策略并不令人滿(mǎn)意。研究者們開(kāi)發(fā)了嵌段共聚物自組裝的方法來(lái)制備二維介孔材料，該材料可以在沒(méi)有外力幫助的情況下形成定向介孔通道。該方法被進(jìn)一步擴(kuò)展用于制備各種取向的介孔結(jié)構(gòu)，如樹(shù)枝狀、梯形介孔。另外還有一些聚合物相分離的方法，但是這些方法局限于使用二氧化硅或者絕緣聚合物材料，這使得這樣制備的介孔碳膜導(dǎo)電性較差從而限制了在電化學(xué)方向的探索。最重要的是，沒(méi)有一種合成方法可以獲得在單膠束水平上超高可控性的垂直介孔膜，主要是由于他們嚴(yán)格的要求和對(duì)自組裝程序的了解不足。綜上所述，通過(guò)一種簡(jiǎn)單可控的方法精確制備具有垂直介孔結(jié)構(gòu)且導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的有序介孔碳膜是非常必要的。

近日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士課題組設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單且通用的單膠束組裝方法，用于精確控制在多種襯底上進(jìn)行厘米級(jí)垂直有序介孔碳膜的合成。這種垂直介孔結(jié)構(gòu)可以在固液界面上組裝，使用兩親性三嵌段共聚物作為模板，多巴胺作為碳源以及三甲基苯作為融合劑和溶脹劑，并且介導(dǎo)單分子膠束融合成圓柱膠束。通過(guò)此法制備的介孔碳膜，具有優(yōu)良的高介孔性，高比表面積(472 m2g–1)，孔尺寸達(dá)到到9.1nm。這種定向組裝過(guò)程可以在單膠束水平上進(jìn)行高度調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)從單層到多層的介孔的精確厚度控制，以及從8.4到13.5nm的孔徑控制。與傳統(tǒng)的多孔碳膜傳感器相比，有垂直介孔通道的碳膜具有高滲透性，由此展現(xiàn)出更低的檢測(cè)極限(50 nmolL-1)和更高的多巴胺檢測(cè)靈敏度。并且此方法具有普適性，適用于多種襯底和材料，有實(shí)現(xiàn)更多的潛在應(yīng)用可能性，例如過(guò)濾、傳感和催化。本文以“Precisely Controlled Vertical Alignment in Mesostructured Carbon Thin Films for Efficient Electrochemical Sensing”為題，發(fā)表在最新的《ACS NANO》上。

文章亮點(diǎn)：

1. 通過(guò)簡(jiǎn)單的制備方法即可合成可控、有序以及垂直排列的厘米級(jí)介孔碳膜，并且方法具有普適性，適用于多種襯底和材料。

2.合成的介孔碳膜可以在單分子膠束水平上進(jìn)行精準(zhǔn)的高度調(diào)控，同時(shí)介孔的孔徑也可以進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。

3. 合成的介孔碳膜擁有高比表面積(472 m2g–1)和極低的檢測(cè)極限(50 nmolL-1)。