日前，上海复旦大学赵东元院士团队 提出新型材料组装方法，借此造出一种多孔碳材料，在电化学钠储存上具有一定的潜在应用。
（来源：Matter）
上述方法的原理在于：将软胶束基元与硬刚性颗粒互相结合。也就是说，这种方法是一款软硬协同的顺序组装法。
其中：软胶束基元，指的是三嵌段共聚物 Pluronic F127/聚多巴胺复合材料；硬刚性颗粒，指的是胶体二氧化硅纳米球。
硬二氧化硅球的引入，不仅巧妙绕过了软胶束组装的不兼容，而且还能保持与 F127/聚多巴胺胶束的充分相互作用，从而可以制备双峰有序的结构，进而可以制备多孔碳材料。
这种多孔碳的孔隙可以被调控，并能够快速进行氧化还原反应，具有良好的赝电容钠离子存储性质， 有望为组装介观结构、多尺度纳米结构、以及复杂层次结构的提供新的解决方案。
研究中，他们尝试将多孔碳用于制备钠离子电池，测试结果显示这种电池的性能较为出色。
不过，本次课题仍然处于基础研究范畴。一方面，他们只是在实验室进行少量合成，距离量产还有一定距离；另一方面，这种合成方法在成本上能否替代同类商用产品还是一个未知数，而要想实现实用化和产业化还需要更多的探索。
超晶格材料的“美中不足”
作为一类新型纳米结构，由有序纳米颗粒组成的三维超晶格，在光电器件、能量转换、催化、存储等方面具有广泛的应用潜力，近年来也一直备受学界关注。
通过调整和集成纳米颗粒的协同功能、组成单元、形态、尺寸，可以有效地控制超晶格材料的性质。
随着纳米粒子自组装的不断发展，已经出现多种超晶格材料包括金属氧化物、化合物、团簇等由刚性构件组成的超晶格。
然而，将软材料比如超分子胶束组装成具有多重有序的结构，或者组装成复杂性的层次结构，仍然存在较大挑战性。
胶束，是由两亲性表面活性剂/嵌段共聚物组成的软凝聚态物质。对于胶束来说，它里面的大多数介孔结构来源于具有高可控性和通用性的单胶束组装，但是这时的胶束里面只有一个周期介孔。
多个胶束或与其他介观单位的协同组装，可以为探索新性质和新技术提供潜在机会。不过，与硬纳米晶超晶格不同的是，目前依旧很难合成复杂胶束的超晶格。
当前主要存在困境在于：软超分子组装的关键在于，如何合理平衡组装单元之间的相互作用。这就需要在组装过程中既有足够的作用力，同时也要保持软模板分子的亚稳态，也就是所涉及的不同胶束或介观单元必须既能独立共存、又能相互作用。
而在多数情况之下，不同胶束更加倾向于自发融合或自发聚集，这就导致在组装时会出现互相干扰，从而让多胶束组装体系的建立遭到严重限制。
基于此，课题组开展了本次研究，即基于超晶格材料中面临的一些不足，提出了新的路线和方法。
从“有些沮丧”到“重拾信心”
研究中，课题组通过使用各种表征技术，来对所合成材料的结构和理化性质，进行全面分析和详细证明。
在软-硬模板的巧妙帮助之下， 他们进行了精细的次序组装，借此构筑出含有有序双峰的多孔超结构，为新型介孔材料的发展提供了宝贵见解。
详细来说，他们先是针对领域内的上百篇文献，进行梳理、归纳总结。一开始，该团队本想解决软胶束组装不适配的问题，再三考量之后决定把硬物质引进到体系之中。
为验证上述想法是否可行，他们先是做了预实验，并对实验结果进行定性的分析和验证。
期间，他们通过筛选二氧化硅小球以及 F127 软胶束，来对上述想法进行验证。从协同组装结果来看，上述路线具备较好的可行性。
这时就需要对课题思路进行统筹和设计，围绕合成路线以及结构开展表征，再通过实验来对参数进行调控，并对合成机理和潜在应用加以探讨。之后，他们又对所合成的材料开展一系列的调控，并参照实验结果，来深化论文中所提出的论点。
尽管此次课题的整体设计比较简单，但是实验手法的要求很高，所合成的材料必须非常均匀，才能实现超结构的组装。
此外，还有不少实验细节必须谨慎对待，比如能否对材料进行超声、是否会对材料产生破坏，这些细小的注意事项都是他们慢慢摸索出来的。
担任本次论文共同通讯作者的内蒙古大学教授兰坤表示：“负责这次课题的学生是从本科上来的直博生，本科期间并没有接受太多的科研培训，一开始连化学实验、超声、离心这些基本实验技能都不会，所以这名学生在材料合成前期确实有些沮丧。”
后来，兰坤对学生进行一对一指导，带着她一步一步地合成，为她讲解实验要点，指导她要在实验过程要多思考，不能不加思考地只顾着做实验。不久之后，这名学生掌握了实验要点，也开始重拾信心，按部就班地完成了本次课题。
最终，相关论文以《基于合作软硬模板对的双峰有序多孔体系》（Bimodal ordered porous hierarchies from cooperative soft-hard template pairs）为题发在 Matter ，LiuLu 是第一作者，赵东元院士和兰坤教授担任共同通讯作者 [1]。
图 | 相关论文（来源：Matter）
兰坤坦言：“整体来看，我们这次只是尝试使用一种迂回策略来实现双重有序孔结构。对于软胶束的多元组装来说，本质上并没有得到真正的解决。”
所以，他们打算继续开展两方面的探索：
其一，计划实现更高级别的超级装配，在本次方法的基础之上实现更多元、更多组成的集成组装，包括将外层从两层变为多层，以及实现不同的物质组分。
同时，将内层氧化硅变成其他纳米形貌、以及其他功能性内核，甚至在内核还可以赋予更多功能，例如在二氧化硅球里包覆活性物质或者掺杂活性物质，以此拓展更多的潜在应用。
其二，面向软胶束之间不兼容、无法相对稳定存在、且组装时彼此互相干扰的问题，通过设计控制两种不同的胶束单元，来进行真正意义上的二元自组装。“虽然十分困难，但是相信这样的研究在介孔材料组装合成领域会具有重要意义。”兰坤说。
离开上海，驰骋西北
另据悉，兰坤的硕士、博士乃至于博士后研究，均在赵东元院士团队完成。
他说：“十年期间赵老师作为我的导师引领着我的研究生涯，他经常在工作指点中提出很新颖很、有趣的想法，虽然难以实现，但机遇与挑战并存，保持新奇的想法并付诸于实践，一直是赵老师课题组长盛不衰的原因。”
而在博后期间，兰坤不断思考如何成为一名像赵东元一样的好导师。空暇之余，他也在拟定参与工作之后的课题组规定。
“正是有了这段经历，能让我在加入内蒙古大学之后，迅速实现身份转变，制定了课题组的管理规定，包括给予学生怎样的课题、怎样指导学生做科研、如何营造学术氛围、如何与同学相处，这都是在博后期间过渡所带来的益处。”兰坤说。
图 | 兰坤（来源：兰坤）
那么，他是基于怎样的契机选择加入内蒙古大学？其坦言：“对于我们年轻人找工作，无非考虑几个方面：个人待遇、发展空间、身心愉悦。赵老师江湖地位、资源、影响力、口碑，不客气地说确实能为我们创造极大的发展空间和条件。”
2022 年，在与内蒙古大学签订战略合作协议之后，赵东元院士被正式引进内蒙古大学，并牵头建立了内蒙古大学能源材料化学研究院，同时兼任内蒙古大学名誉校长。
兰坤说：“为了发展和组建科研队伍，赵老师建议我去内大任职，并与我详细地介绍了去到那边的好处与坏处。随后我进行了面试，由于师父的大力推荐和个人一定的科研积累，内大提供了一份十分优厚的骏马计划 A3 岗人才引进待遇。”
在充分考虑内蒙古大学与其他高校和科研院所的待遇以及发展空间之后，兰坤感觉来到内蒙古大学能够兼具好的个人待遇、充分的学术资源和条件。
他说：“学校和学院对于我们年轻人都非常支持和重视，比如为我们提供数百万的科研启动经费、安家费、额外的博士生、硕士生指标、充分的实验室空间、不定期的校领导座谈解决实际问题，这相当于海外人才引进的待遇。”
“现在内蒙古大学已经聚集大批学术青年人才，并已投入大批经费和资源，也进行了领导班子重组和管理改革，相信未来几年在学术科研水平上会有更大的发展。”兰坤最后说道。
参考资料：
1.Liu, L., He, Y., Yin, S., Chang, X., Zhang, J., Peng, L., ... & Zhao, D. (2023). Bimodal ordered porous hierarchies from cooperative soft-hard template pairs. Matter , 6(9), 3099-3111.
