中文摘要：

中空碳纳米球独特的结构（4-40 nm的空腔，丰富短孔道的壳）和易于进行表面化学修饰的特点赋予其优异的物理化学功能，在众多领域（如药物输送、催化、能量转换和存储）展现出诱人的广阔应用前景。本项目以中空碳纳米球的合成及其孔道和表面化学性质调控为主要内容，重点研究其在药物输送，特别是催化中的应用性能，并对中空碳纳米球的形成机制以及催化原理进行了初步探索。发现氮杂中空碳纳米球的电催化氧气还原性能十分优异（优于Pt），其形成过程遵循逐级进化机理。同时，在研究中发现非金属元素（如氮、氯）对碳纳米结构形貌的控制作用，因此获得了核壳分级结构多孔碳纳米球、氮杂中空碳纳米球、氮杂碳纳米管、氮杂石墨烯、氯修饰的石墨烯等新颖的碳纳米结构，并根据此类材料的物理化学功能，对其热催化环己烷脱氢、电催化氧气还原以及光解水产氢等重要能源利用催化反应的催化性能进行了研究。其中，氮杂石墨烯自身优良的可见光催化能力及可见光催化性能大大改善的石墨烯-酞菁染料共价连接复合结构预计将对开发新型高效可见光响应的光催化剂提供新思路。这为进一步开展以中空碳纳米球及相关掺杂和复合碳纳米材料以及其应用性能为主的研究奠定了重要的基础。