湖南大学汤琳教授和曾光明教授在英国皇家化学会期刊Journal of Materials Chemistry A上发表综述文章，题为“Carbon-based core–shell nanostructured materials for electrochemical energy storage”，（DOI: 10.1039/c8ta01257a），第一作者为Hao-peng Feng。参考文献269篇。具有核壳结构的材料由于其有趣而受到相当大的关注在超级电容器中应用的性能，锂离子电池，储氢和其他电化学储能系统。由于他们的孔隙模仿自然系统，大表面反应区域和活性位点高度分散，碳基核壳（CBCS）材料可以在不同长度的孔隙中提供快速的界面运输，并减少不均匀的影响或缩短分散路径，可以有效利用能量储存。系统地回顾了这一点概述了CBCS合成策略和不同结构的重大进展纳米复合材料，包括C / C核壳纳米结构，C核或C壳与金属/金属结合氧化物（包括中空核壳纳米结构）和碳材料（CM）支撑核壳纳米结构。电化学储能的相应特性和最新应用对三类CBCS纳米结构复合材料进行了详细分析。我们专注于如何促进具有先进性能和储能性能的新型结构的设计。最后，我们提出了这些可控CBCS发展的观点和挑战结构化材料。Journal of Materials Chemistry A 杂志的最新 影响因子为8.867。
在所有多组分纳米材料中，碳基核壳（CBCS）纳米结构材料由于其杰出性而引起越来越多的研究关注，属性如下。 （i）多功能性：CBCS纳米粒子由一个外壳和一个由不同的内芯组成材料，这是材料的不同组合性质，从而扩大其在不同应用领域的应用。（ii）成本低：通常，壳层需要重量轻过渡金属或贵金属与碳材料的比例（CM）因为只有表面原子在催化反应中起作用。例如，贵金属的使用可以很大通过在低成本载体上涂覆薄层来减少。（ⅲ）可调性：CBCS纳米结构材料的特性可以很容易地通过改变形状，大小，形态，以及核心部件，以及形状，厚度和外壳材料的组成部分。 （ⅳ）稳定性和分散性：涂层外壳可以防止纳米粒子由于烧结，聚集或效应而产生其他试剂。 （v）可控性：浸出或释放核心可以通过改变离子强度来控制，温度或环境pH值，这是重要的电化学储能的要求。例如，壳的存在可以大大减少浸出在充电/放电过程中的锂离子。在这审查，我们首先总结了独特的综合策略和CBCS纳米结构材料的种类，以及然后讨论了它们在电化学能中的应用存储。
CBCS纳米结构材料合成的方法可以是大致分为两类：“粗犷风格”和“复古风格”
ticated style“。使用传统的”粗犷风格“方法微型制造和车间方法，在外部控制的工具用于铣削，切割和成形材料所需的顺序和形状。例如，最常见的策略是球磨工艺，熔融方法，光刻技术，机械技术，和激光束处理。“精致的风格”另一方面，方法利用的内在属性材料促使他们自组装成一些有用的材料构象。最常见的“精致风格”方法是化学合成，沉积 - 沉淀（例如，电泳沉积，化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）），自组装，原位受控合成，等等。目前既不“坚固”风格“也不”精致风格“更胜一筹;每个人都有其优点和缺点。但是，“复杂的风格”，将来会更具成本效益，对过程的完全控制，以及绝对精确度与“坚固风格”相比做法。至于CBCS纳米结构材料的合成，因为要求获得统一的最终控制权在CBCS纳米颗粒期间涂覆壳材料形成，“精巧风格”的做法更为合适。一个这两种方法的组合也可以被利用，例如核心颗粒由“粗犷风格”的方法合成，但随后采用“复杂风格”的方式涂层以保持统一和精确的外壳厚度。
基于CMs和核壳结构的合成方法，CBCS纳米结构可分为三类：（i）C / C核 - 壳纳米结构，例如石墨烯/多孔碳织物膜;（ii）C核心或壳与其他材料结合（包括空芯 - 壳纳米结构），例如具有金属氧化物的碳核表面沉积或金属内芯完全由CM覆盖或空心核壳相互连接碳球;（iii）CM支持的纳米结构，如碳负载的Au-Pd核壳纳米粒子。
这篇综述旨在揭示CBCS纳米技术的研究进展，粒子在过去的十年里进入了一个新的层面。最终，这个研究领域将继续提供解决方案，通过发现合成，改进，性质，以及这类新型纳米材料的应用。 未来几代CBCS纳米粒子将呈现许多新的属性肯定会导致新的应用程序改进的性能。 一般CBCS纳米粒子都很好以其卓越的电化学特性而闻名由于更高的电导率和更好的结构机械 - 由于其等级多孔通道而导致的稳定性。更重要的是，CBCS纳米结构材料从中受益短的离子和电子传输途径，丰富的电活性部位，高质量负载和利用率电极材料，以及各自的迷人协同效应组分。
虽然一些令人鼓舞的进展实现了，但是在储能装置中开发CBCS纳米结构仍处于早期阶段，特别是在储氢领域仍然有很多挑战。 （一）目前的大部分研究关于CBCS的合成是通过两步法，这可能是耗时且昂贵的。的发展一种成本有效且简单的合成和制造技术用于具有良好形貌和形状的CBCS纳米材料功能仍然是可取的。 （二）精确的可控性许多结构特征，如厚度核心和壳，粒径，间距，长度和孔隙率核壳纳米结构，也面临着挑战。 （ⅲ）完全理解核心壳之间的关系纳米结构和改善的电化学性能仍处于初级阶段。了解电光学元件至关重要，新出现的核壳纳米结构的化学机制电极。例如，表面的有益效果电容和扩散效应可以通过控制插入过程来实现总电容，即能量存储机构还是一个未知数。 （四）应重点关注一些工程方面关于高性能电极的开发。它还是非常难以制造可以耐受的电极或器件机械应变和制备CBCS纳米结构-成本效益的方式或定制的体系结构大范围上。
我们认为，有几点值得关注用于CBCS纳米复合材料在能源储存领域的应用未来：（i）直接发展高质量装载和智能集成阵列体系结构在导电基板上多组分结构无粘合剂组合电极材料; （ii）设计一维和三维架构在导电基材上制作，这是一种有效的增加方法它们的电活性部位和表面积在一个小的尺寸范围内打印; （iii）探索每个电容的贡献组分，阐明它们在电化学上的作用性能，调查的物理/化学特性与核 - 壳结构纳米结构的界面随着电化学循环; （四）发展薄，小，轻便的，甚至是可灵活的储能装置先进的可穿戴和灵活的电子产品; （v）制造复杂的，三元的，分枝的和空心的核 - 壳纳米 - 结构化材料以满足未来的超级电容器，锂电池和储氢装置; （vi）掺杂一些杂原子如N，S，B，P和O可能是有效的用超级电容器官能化碳材料的方法，电容并保持其超级电化学性能。
汤 琳 教授、博导。首批中组部青年拔尖人才支持计划入选者，首届国家优秀青年科学基金获得者，国家技术发明二等奖获得者，全国优秀博士学位论文提名奖获得者，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者。主要从事基于功能型生物纳米材料的固体废物处理和有毒有害污染物控制的新原理、新方法和新技术研究，在环境污染物实时监控及吸附、降解研究等领域取得了许多国内外先进水平的创新性成果。研究领域:（1）固体废物处理与资源化；（2）基于功能型生物纳米材料的环境污染控制技术；（3）环境生物诊断和传感；（4）重金属污染控制。已主持国家自然科学基金项目2项（优秀青年基金项目1项，青年科学基金项目1项），教育部新世纪优秀人才计划1项，湖南省研究生科研创新基金项目1项等课题，作为主要参与人参与了国家自然科学基金重点项目1项、教育部创新团队项目1项和多项国家自然科学基金、“863”计划等科研项目研究。
曾光明，男，湖南华容人，毕业于武汉大学。国家教育部长江学者特聘教授、国家自然科学基金杰出人才基金获得者、中共中央组织部“万人计划”第一批领军人才。湖南大学及加拿大Regina大学环境科学及环境工程专业教授、博士生指导教师。中南大学、长沙理工大学、北京大学兼职教授。1982年6月至1988年6月在武汉大学河流力学及治河工程专业、水文水资源及水环境保护专业攻读工学学士、硕士及博士。1988年7月博士毕业到湖南大学工作至今。主要从事环境系统工程、废水、废气的治理、城市生活垃圾的综合利用等方面的研究。已主持包括国家自然科学基金杰出人才基金项目1项、国家自然科学基金面上项目3项、国家自然科学基金国际合作项目1项、国家教育部优秀年轻教师基金项目1项、国家教育部高等学校优秀年轻教师教学科研奖励（高校教师奖）计划基金项目1项、荷兰政府NDGIC （Netherlands Directorate General of International Cooperation）资助的UWEP （Urban Waste Expertise Programme）项目1项、国家科技部863高技术计划重点项目1项、国家科技部国际合作重大项目2项、中德环境合作重大项目1项、中加环境合作重大项目1项在内的28项课题。
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