一、核心結構：中空與介孔的協同效應

中空介孔碳納米球（HMCNs）是一種具有空心內部結構和介孔孔道的球形碳材料。

1. 中空空腔：提供大容量存儲空間，可負載藥物、催化劑或離子等客體分子。

2. 徑向介孔孔道：介孔尺寸通常在2-50 nm之間，形成高比表面積（可達1000 m2/g以上）和高孔容，促進物質傳輸和反應活性。

3. 可調孔徑與粒徑：通過合成參數調控，可獲得粒徑均一（如100-250 nm）的球形顆粒，滿足個性化應用需求。

二、關鍵性能：高穩定性與多功能性

1. 化學與機械穩定性：

• 耐酸堿、耐有機溶劑，可在pH 1-14范圍內保持穩定。

• 機械強度高，不易破碎或變形，可承受壓力與剪切力。

2. 生物相容性：

• 低毒性，表面可修飾親水基團（如羧基、氨基），增強生物分子吸附能力，適用于生物醫學領域。

3. 電化學性能：

• 高比表面積和介孔結構提供更多活性位點，提升電子傳輸效率。

• 在超級電容器中，比電容可達389 F/g，能量密度達43.1 Wh/kg，循環穩定性優異（10000次循環后電容保持率90.1%）。

三、制備方法：模板法與功能化策略

1. 模板法：

• 硬模板法：以SiO?納米顆粒為模板，通過溶膠-凝膠反應和碳化步驟形成碳殼，再用HF或NaOH刻蝕去除模板，得到中空結構。

• 軟模板法：利用表面活性劑自組裝形成介孔結構，結合噴霧干燥或水熱反應制備碳球。

2. 功能化修飾：

• 通過化學修飾引入功能基團（如氮摻雜、羧基化），增強催化活性或生物相容性。

• 例如，氮功能化HMCNs在超級電容器中表現出更高的比電容和循環穩定性。

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