中空多壳结构（HoMS）由多个单独的壳层组成，相邻壳层之间具有一定空隙。在HoMS中，物质可以透过壳层的纳米孔进出，在不同的空隙（即反应环境）中发生变化。此外，HoMS具有高比表面积、高负载量和（或）缓冲效应，利于质量/能量传递以及材料表面的高效利用。以上这些都是HoMS常被探索和应用的性质。相比之下，人们对HoMS的时空有序反应和动态智能行为则研究较少。
有鉴于此，中国科学院过程工程研究所王丹课题组聚焦HoMS的时空有序性和动态智能行为，从制备方法、形成原理、功能化、应用等方面进行了分析，并提出了展望。
本文要点:
1）描述了HoMS的制备方法，以及其形成过程中的热力学、动力学变化。
2）分析了HoMS内单个壳层的组分、结构功能化，以及其如何产生基于时空有序性和动态智能行为的应用。
3）展望了未来的重点研究方向，例如将各类材料体系（氧化物、碳化物、氮化物、氟化物、磷化物、硒化物等）异质集成于HoMS，开发简易量产的方法，利于先进表征技术和理论计算探究反应机理及结构-性能关系。在此基础上，可进一步挖掘HoMS在分离纯化、电池/超级电容器、多步催化反应器等方面的应用。
总之，具有时空有序性和动态智能行为的中空多壳结构具有相当的前景，从基础科学到概念验证应用尚需大量努力。
图：HoMS的关键参数及新应用开发。
Jiangyan Wang et al. Hollow multishell structures exercise temporal–spatial ordering and dynamic smart behavior. Nature Reviews Chemistry, 2020.
DOI: 10.1038/s41570-020-0161-8
