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正文介紹：

空心碳納米籠(HCNCs)是由sp2碳殼組成的空心內腔，其特點是在碳殼上有缺陷的微通道(或定制的介孔)、高比表面積和可調諧的電子結構，與其他納米碳(如碳納米管和石墨烯)有很大的不同。這些結構和形態(tài)特征使HCNCs成為先進電化學能量存儲和轉換的新平臺。本文綜述了HCNCs的可控制備、結構調控和改性，以及其作為儲能材料和電催化轉化材料的電化學功能和應用。系統(tǒng)深入地綜述了金屬單原子功能化結構和電化學性能。展望了進一步深化和擴大空心碳材料的研究和應用所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。多功能碳基復合納米籠的研制為提高電化學儲能轉換器件的能量密度、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，具有獨特的中空內部結構(包括瓶中船結構)，結構參數(石墨化程度、籠型大小、殼層厚度、殼孔結構和元素組成等)可調，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))。綜述了電化學儲能與轉換領域中HCNCs的制備、調控和改性等方面的研究進展。詳細介紹了HCNCs的最新制備策略(如模板制備方法)。重點討論了復合材料的結構調控和改性原理以及提高復合材料性能的方法。HCNCs的結構調控包括以下五個方面:(1)晶體結構和石墨化程度調控，(2)空腔尺寸和殼層厚度調控，(3)孔隙結構和碳缺陷調控，(4)分散性和聚集態(tài)調控，(5)多空腔和多面體形態(tài)調控。HCNCs的結構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)復合界面設計，(4)瓶中船結構設計，(5)空間分離雙功能設計改造(詳見圖1)。最后，總結了存在的挑戰(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，有助于相關領域的研究人員在先進電化學儲能(超級電容器、金屬離子電池、金屬空氣電池、金屬硫電池)和轉化(燃料電池電催化等電催化)中對HCNCs有更深入、更全面的認識。

中空碳材料由于其特殊的中空結構和獨特的物理化學性質，受到了各個領域研究者的廣泛關注。然而，對空心多孔碳納米材料的合成進行精確的設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，合成了具有可控結構和孔隙率的HCNCs。本文著重介紹了HCNCs模板制備方法(特別是硬模板法)的原理和應用實例。

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