1成果简介 
　　微/纳米尺度物理空间对化学反应产生的约束效应，可通过显著改变反应动力学与行为来有效调控纳米结构或创造新型纳米结构，这一领域亟待深入探索。本文，国家纳米科学中心陈佩佩、褚卫国研究员等在《Small》期刊发表名为“Confinement and Self-Supply of Carbon Sources by Micro-Containers Enable Efficient In Situ Growth of Carbon Nanotubes for Li-Ion Storage”的论文，研究提出一种高效且可扩展的方法，通过引入商用膨胀石墨（EGs）作为微容器来增强反应速率并降低能耗，实现氮掺杂碳纳米管（N/CNTs）的原位生长。固态碳源（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）与催化剂前驱体（铁基或钴基）在微容器中孵育，通过局部充足的碳/氮源自给系统，实现了高品质N/CNTs的原位生长。相较于传统开放式结构，该方法不仅产率超过14%，且形成速率显著提升。微容器尺寸结构、前驱体配比及热解温度共同调控着生长行为、形态与结构特性。基于N/CNTs·的分级结构体系作为负极材料展现出卓越的锂离子存储性能：在0.05 A g−1电流密度下容量达1129.5 mAh g−1，经100（10 000）次循环后容量保持率达99.5% (95.0%)。该策略可推广用于其他纳米结构的制备。
　　2图文导读

  
　　图1、Effects of container's dimension on the formation of N/CNTs. (a) macro-container (sealed crucible with different volumes of (a1) 0.76, (a2) 0.18 and (a3) 0.06 cm3), (b) micro-containers (EGs) and (c) nano-containers (SBA-15).

　　图2、Schematic illustration of the growth procedures and mechanisms of N/CNTs assisted by EGs at 1000°C.

　　图3、Yields, diameter distribution and typical morphologies of N/CNTs with different ratios of precursors, total weight and pyrolysis durations at 1000°C. (a,b) for Co(Ac)2 and PVP and (c,d) for AFC and FGH.

　　图4、Structures and chemical compositions of CCO-N/CNTs-EG and FC-N/CNTs-EG. (a,d) SEM and TEM images (insets), (b,e) HRTEM and corresponding FFT images, (c,f) Elemental mappings. (g)XRD patterns of the products before (Co-N/CNTs-EG, Fe3C-N/CNTs-EG) and after (CCO-N/CNTs-EG, FC-N/CNTs-EG) CO2 activation. (h) Atomic percentages of N for CCO-N/CNTs-EG and FC-N/CNTs-EG. (i,j) Fine Fe 2p and Co 2p spectra of FC-N/CNTs-EG, Co-N/CNTs-EG and CCO-N/CNTs-EG.

　　图5. Morphologies, structures, Raman spectra, and adsorption/desorption properties of N/CNTs-EG after etching Co/CoO and Fe3C nanoparticles. (a,b) Morphologies of N/CNTs-EG (CCO) and N/CNTs-EG (FC). (c,d) XRD patterns and Raman spectra for N/CNTs-EG (CCO) and N/CNTs-EG (FC). (e) N2 adsorption/desorption isotherms of N/CNTs-EG (CCO) and N/CNTs-EG (FC).

　　图6、Electrochemical performances of N/CNTs-based samples before and after leaching out the NPCs in Li-half cells. The third cycle galvanostatic discharge and charge (GDC) profiles at 0.05 A g−1 (a), cycling performance at 0.1 A g−1 (b), and long cycling stability at 10 A g−1 (c) of CCO-N/CNTs-EG and FC-N/CNTs-EG. The third cycle GDC profiles at 0.05 A g−1 (d), cycling performance at 0.1 A g−1 (e), and long cycling stability at 10 A g−1 (f) of N/CNTs-EG (CCO) and N/CNTs-EG (FC).
　　3小结 
　　我们提出一种创新的一锅法合成策略，通过引入商业化乙烯基吡咯烷酮（EGs）作为微/纳米尺度容器/反应器，实现活性碳源的局域化与自给自足，从而实现高产率、大规模的N/CNTs制备。通过在1000℃下直接热解吸附于EGs中的Co(Ac)2/PVP或AFC/FGH前驱体，在每个微/纳米容器/反应器中形成过热的Co/Fe催化剂纳米颗粒，通过维持局部高浓度碳和氮，原位生长出大量N/CNTs，其形成速率相对于传统开放结构显著提高。通过CO2活化，由此形成的分级结构被证明是锂离子电池的高性能阳极材料，它通过提供高电子和离子传输途径，并有效缓冲锂化/脱锂过程中的结构退化，表现出优异的倍率性能和循环稳定性。该方法可结合商用多孔或层状结构（如聚氨酯和聚泡沫作为微/纳米容器）、适当的前驱体和催化剂，用于制备满足特定用途的多样化纳米结构。
　　文献：