与各向同性的多孔炭材料相比,形貌各向异性多孔炭将炭材料本身良好的导电导热性、高的比表面积、丰富可调的孔道等性质与各向异性的形貌相结合,表现出独特的物理化学性质,如复杂的堆积形式、特殊的接触效应或方向性的作用力,成为储能、生物医药、催化、纳米器件等领域极具应用潜力的新型炭材料。由于自然对称的基本原理,形貌各向异性的环状纳米粒子的构筑,尤其是通过溶液化学合成方法,往往面临巨大的挑战性。在纳米尺度下定向合成具有规则形貌的环状炭材料并实现其结构的精准调控,是实现其个性化应用的前提。本论文基于溶液化学合成方法,开展了形貌各向异性的炭环材料的可控合成及放大制备的相关研究:1.通过将疏水长链十八醇和嵌段共聚物F127复配,定向合成了具有规整环形形貌和截面圆直径可调的炭纳米环。通过考察环状结构模板剂的生长过程,揭示了环状结构的形成机理,即基于不对称的胶束内相转变诱导的尖对尖组装过程。这种定向自组装依赖于中间体纳米粒子表面疏水性的差异带来的定向相互作用,从而能够克服成环过程分子与纳米粒子运动的无序性,最终组装成特定的环状结构。通过控制自组装过程的动力学,不仅可以制备纳米环,还可以制备出新月形、豆荚状、花环状等多种独特的纳米结构。通过调控聚合过程动力学,建立了炭环截面圆直径和模板剂与前驱体比例之间的二次函数关系,可以实现炭环尺寸的精准调控。这一发现为复杂纳米结构在纳米尺度上的构建奠定了坚实的基础,不仅促进了基础研究的发展,而且为开发先进纳米器件铺平了道路。2.在实验室级合成炭环的基础上进行了规模化制备相关的研究,实现炭环产量从毫克级到克级的制备。基于苯并噁嗪聚合过程的反应特性对仪器设备的需求,设计并选用配有涡轮搅拌桨和夹套传热装置的立式釜式反应器作为规模化制备的装置,循环水作为载热体,实际反应体积8L,为小釜反应体积的40倍。规模化制备的环状聚合物尺寸与形貌特征、炭环的孔径分布基本与小釜合成一致。通过进一步从产物收率、原料成本和安全性三方面进行可行性分析,证明此过程符合规模化制备化学品的基本要求。