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正文介紹：

空心碳納米籠(HCNCs)是由sp2碳?xì)そM成的空心內(nèi)腔，其特點是在碳?xì)ど嫌腥毕莸奈⑼ǖ?或定制的介孔)、高比表面積和可調(diào)諧的電子結(jié)構(gòu)，與其他納米碳(如碳納米管和石墨烯)有很大的不同。這些結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征使HCNCs成為先進(jìn)電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換的新平臺。本文綜述了HCNCs的可控制備、結(jié)構(gòu)調(diào)控和改性，以及其作為儲能材料和電催化轉(zhuǎn)化材料的電化學(xué)功能和應(yīng)用。系統(tǒng)深入地綜述了金屬單原子功能化結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。展望了進(jìn)一步深化和擴(kuò)大空心碳材料的研究和應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。多功能碳基復(fù)合納米籠的研制為提高電化學(xué)儲能轉(zhuǎn)換器件的能量密度、功率密度和體積性能提供了新的思路和方法。

在這篇綜述論文中，作者提供了一個清晰而全面的空心碳納米籠(HCNCs)的定義:碳納米籠是中空的碳納米材料，具有獨特的中空內(nèi)部結(jié)構(gòu)(包括瓶中船結(jié)構(gòu))，結(jié)構(gòu)參數(shù)(石墨化程度、籠型大小、殼層厚度、殼孔結(jié)構(gòu)和元素組成等)可調(diào)，納米形態(tài)多樣(如空心立方體、空心多面體、空心納米或微米球，甚至不規(guī)則形態(tài))。綜述了電化學(xué)儲能與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中HCNCs的制備、調(diào)控和改性等方面的研究進(jìn)展。詳細(xì)介紹了HCNCs的最新制備策略(如模板制備方法)。重點討論了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和改性原理以及提高復(fù)合材料性能的方法。HCNCs的結(jié)構(gòu)調(diào)控包括以下五個方面:(1)晶體結(jié)構(gòu)和石墨化程度調(diào)控，(2)空腔尺寸和殼層厚度調(diào)控，(3)孔隙結(jié)構(gòu)和碳缺陷調(diào)控，(4)分散性和聚集態(tài)調(diào)控，(5)多空腔和多面體形態(tài)調(diào)控。HCNCs的結(jié)構(gòu)改造還包括五個方面:(1)非金屬雜原子摻雜，(2)金屬單/雙原子摻雜，(3)復(fù)合界面設(shè)計，(4)瓶中船結(jié)構(gòu)設(shè)計，(5)空間分離雙功能設(shè)計改造(詳見圖1)。最后，總結(jié)了存在的挑戰(zhàn)，并對HCNCs的新趨勢和方向提供了一些見解。本文綜述將為理解HCNCs提供新的見解，有助于相關(guān)領(lǐng)域的研究人員在先進(jìn)電化學(xué)儲能(超級電容器、金屬離子電池、金屬空氣電池、金屬硫電池)和轉(zhuǎn)化(燃料電池電催化等電催化)中對HCNCs有更深入、更全面的認(rèn)識。

中空碳材料由于其特殊的中空結(jié)構(gòu)和獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，受到了各個領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。然而，對空心多孔碳納米材料的合成進(jìn)行精確的設(shè)計和控制仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。通過一系列基于模板的方法和一些非模板的方法，合成了具有可控結(jié)構(gòu)和孔隙率的HCNCs。本文著重介紹了HCNCs模板制備方法(特別是硬模板法)的原理和應(yīng)用實例。

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