空心碳基纳米球（HCNs）已被证明在许多研究领域，特别是在用于能量转换/存储的电化学装置中显示出良好的潜力。目前合成HCNs的方案主要依赖于基于模板的路线(TBRs)，这些路线在创建空心结构方面具有工艺简单的优势，但面临操作耗时、产品产量低以及危险蚀刻剂造成的严重环境问题的挑战。同时，它们在构建复杂的碳相关结构方面表现出了不足的能力。因此，开发无需额外模板剂的HCNs创新策略是非常迫切的，这不仅可以确保精确控制具有指定功能的HCNs的关键结构参数，而且还是适合其实际应用的环境友好和可扩展的方法。

有鉴于此，中国科学院化学研究所万立骏院士和曹安民研究员等人，综述了在开发用于创建HCN的无模板策略方面的最新研究进展，重点强调在不涉及额外模板的情况下获得中空结构的机理理解。

本文要点

1）证明了碳基颗粒本身可以作为通用平台，通过有效调节其内部化学成分来创建空心结构。通过反应控制，将前体颗粒合成为内部具有良好设计的不均匀性的固体颗粒，其形式为不同的化学参数，例如分子量，结晶度和化学反应性，由此不仅可以在内部创建空心结构粒子，还具有调整关键特性的能力，包括组成，孔隙率和尺寸结构。因此，可以针对其应用背景系统地调整或优化所制备的HCN的功能。更重要的是，所讨论的这些合成方法是简便且对环境有益的方法，具有扩大规模生产的潜力。

2）HNCs的纳米工程技术对其在各种电化学储能和转换系统中的应用具有特殊的重要性，在这些系统中电荷转移和结构稳定性是一个重要的问题。因此，特别强调了电池系统（如钠离子电池（NIB）和钾离子电池（KIB））中HCN的潜力。

3）研究表明，精确调控HCN的结构对于提供足够的反应位点，出色的电荷和质量传输动力学以及弹性电极结构的优化设计至关重要，并且还提供了适用于研究复杂金属离子的模型系统储存机制，例如将Na⁺储存在硬碳阳极中。

总之，该工作有望推动在能量转换和存储、催化、生物医学和吸附等多种应用领域中HCNs的发展。

参考文献：

De-Shan Bin et al. Manipulating Particle Chemistry for Hollow Carbon-based Nanospheres: Synthesis Strategies, Mechanistic Insights, and Electrochemical Applications. Acc. Chem. Res., 2020.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00613

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00613