中国结介绍（中国结介绍英文版）

以拧扭、交叉的方法制成的中国结是传统文化中的重要符号，象征了人们对于幸福平安的浓浓情结。从上古时期作为一种结绳记事的工具，到春秋时期开始作为衣物服饰上的装饰点缀，再到现代成为文化与文明的载体，中国结的构造与意义也与时俱进。这一富含象征意义的绳结形象，也赋予了化学研究者灵感来源，通过在纳米尺度组装形似中国结的纳米结构，利用层层堆叠、高交互表面的特点，在电化学电池、催化等领域发挥重大意义。本文选择三个例子，简单介绍一下纳米世界的“中国结”。

中国结与锂硫电池电极

中国西南大学与美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究者合作，设计合成了一种形似中国结的电极用于Li-S电池，从而提高电池的电化学性能[1]。研究者通过水热法合成骨架前体，然后用硫化反应将骨架前体转化为NiCo2S4纳米管结构，最后用熔融-扩散的方法将硫扩散进入空心的NiCo2S4纳米管中。最后的到的结果是层层堆积、互相编织的S@NiCo2S4材料。

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“中国结”电极材料的合成策略及材料TEM表征。图片来源：NanoEnergy[1]

该结构除了具有一定的美感以外，当然是具有优良的电化学性能的。互相连结的结构有助于大量的电子进行快速传递，纳米管中空的结构能够为硫的体积膨胀提供充足的空间，同时也能有效限制LiPS，并催化LiPS转变为Li2S2/Li2S。最为重要的是，由于LiPS中较多量的硫原子的诱导，Co离子低自旋和高自旋的转变有助于稳定和降低体系能量，能够抑制Li-S电池电池领域中影响电池电化学可逆性的多硫化物穿梭效应。在特殊纳米结构的帮助下，该电池在0.1C下有1348mAh/g的高比容量，具有5mg/cm-2的载硫量。

中国结与银纳米线水处理膜

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员受中国结编织结构的启发，设计合成了一种用于水体修复的银纳米线膜[2]。通过在偏聚二氟乙烯（PVDF）衬底上进行银镜反应，1维的银纳米线组装到其表面，形成具有交叉堆叠构型的网状结构。

“中国结”型银纳米线水处理膜的合成策略。图片来源：Adv.Mater.Interfaces[2]

该网状结构刚性良好，在0.1MPa，3000mL/min的错流水力剪切机的作用下剪切24小时而不会发生明显的物理、化学性能变化。交错分布的银纳米线具有巨大的比表面积，使该纳米膜具有良好的催化活性，能够将污染物4-NP催化还原为4-AP，同时也能够破坏细菌的细胞壁，具有优良的抗菌性能。与此同时，由于该纳米膜具有超亲水表面，对油污具有超低吸附能力，因此在处理油污污染的水源时也可以实现重复利用。

中国结与锂电池负极

中山大学与武汉科技大学的研究者合作，合成了一种类似中国结的三维TiO2纳米带用于快速、稳定的锂储存[3]。

锂离子电池“中国结”状TiO2负极的TEM表征与三维构型。图片来源：NanoResearch[3]

由于出色的电化学性能TiO2被应用于太阳能电池、高性能锂离子电池等领域。但是为了进一步提高锂离子电池的性能，需要研究结构可控的基于TiO2的负极材料。在该研究中，利用外延生长技术与拓扑转换，研究人员合成了以垂直编织结构的三维TiO2作为核心，以外延带状纳米材料作为壳的精细纳米结构，该结构形似工艺复杂的三维中国结。由于垂直交错的结构有助于锂离子的充分渗透与扩散，用该材料制备的电池在50C，10A/g条件下经历3000个循环后，具有稳定的高达130mA?h?g-1的容量，在快充锂离子电池领域具有重要意义。

可以看出，三项与“中国结”有关研究都是抓住了这一结构交错、堆叠、高比表面积的性质，将纳米材料合成在一定的载体上，达到改进性能的目的。其实这也给我们带来了启发——以身边的小事物为起点，或许也能对科研产生巨大的帮助。

最后，也希望读者们受到纳米中国结的祝福，在新的一年发paper顺利，情场、职场、科研场万事如意！

参考文献：

1.ChunlongDai,LinyuHu,XinyuLi,QiujuXu,RuiWang,HengLiu,HaoChen,Shu-JuanBao,YumingChen,GraemeHenkelman,ChangMingLiandMaowenXu,Chineseknot-likeelectrodedesignforadvancedLi-Sbatteries,NanoEnergy,2018,53,354-361

2.ZhuXiong,TiantianLi,FuLiu,HaiboLin,YunZhong,Qing'anMeng,QileFang,HabibSakilandWeijieSong,ChineseKnotInspiredAgNanowireMembraneforRobustSeparationinWaterRemediation,Adv.Mater.Interfaces,2018,5,1800183

3.QiliWu,ShimanHe,XianfengYang,JinglingYang,GaorenLi,YuyingMeng,ShengfuTong,LiqiangMaiandMingmeiWu,Ultrathinnanobelts-assembledChineseknot-like3DTiO2forfastandstablelithiumstorage,NanoResearch,2018,11,2116-2128

（本文由BingzzZ供稿）