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環狀膠粒是一類具有非凸拓撲結構的膠體顆粒，因其獨特的幾何構型成為構建復雜多層級自組裝材料的新型基元。其特有的拓撲特征不僅賦予單粒子及組裝體潛在的光電磁性能，也為先進材料設計開辟了新路徑。然而，如何充分發揮環狀拓撲結構在自組裝材料性能提升中的優勢，是該領域亟需解決的關鍵問題。中國科學院化學研究所研究團隊圍繞環狀膠粒合成、自組裝及功能材料開展了一系列研究。早期工作中，研究團隊提出“patchy模板合成”策略，利用固體膠粒模板實現了二氧化硅環的高效制備。為拓展環基材料功能，團隊將“patchy模板合成”策略拓展至液滴模板體系，實現了多種材料（尤其碳環）的高效合成，并將其用于構建自支撐電極，展現出優異的鋰氧電池性能。團隊還構建了界面覆蓋率低，但乳液穩定性反而加強的新型Pickering乳液，為高效的界面催化提供了新思路。近日，研究團隊提出一種簡便可控的膠體自組裝策略，成功構筑了環狀膠粒的向列相液晶結構。研究發現，環狀膠粒本身難以形成向列相，但借助盤狀膠體的液晶行為，可通過沉降驅動自組裝實現環狀膠粒的向列相有序。該結構提供了取向有序的大孔通道，有助于物質/離子的定向傳輸，并可直接形成自支撐整體電極。在鋰氧電池中，該材料首圈放電比容量高達32785 mAh g?1，較無序結構提升約60%。進一步分析表明，環狀顆粒的取向有序度與放電容量呈正相關，性能提升歸因于向列相結構所引導的離子定向傳輸、結點均勻分布及電場協同作用。該研究為電極材料的結構設計提供了新思路。相關研究成果發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和中國科學院等的支持。論文鏈接環狀碳膠體向列相液晶結構及其鋰氧電池性能