环状胶粒作为非凸胶体，为构建多层级材料提供了新的自组装基元。其独特拓扑结构赋予单粒子及其组装体独特的光电磁性能，开启了材料构建的多重可能性。然而，普适性且可规模化的环状胶粒合成方法仍然是一个挑战，限制了对其材料性能的深入探索。
中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室的刘冰团队在环状胶粒合成、自组装和功能材料领域取得了重大进展。通过“patchy模版合成”策略，他们利用固体胶粒模板实现了二氧化硅环的批量制备。在此基础上，他们系统研究了胶体尺度的Plateau–Rayleigh不稳定性，探索了合成环状Janus胶粒和环状多patchy胶粒的有效方法。进一步，利用环状胶粒框架，成功抑制了液体环的收缩不稳定性，发展了聚合物盘状胶粒的普适性合成方法。他们的研究还展现了环状胶体自组装行为，探索了其新颖结构与调控路径，构建了液晶多孔材料。
最新研究中，该团队将“patchy模版合成”策略应用到液滴模版，成功开发了一种选择性生长新方法。这一方法高效合成了多种材料，尤其是碳环，碳环100%无粘连聚集。这些胶体碳环被成功应用于构建锂氧电池的自支撑电极。
研究结果表明，合成的碳环展现出强大的过氧化锂沉积活性。其大孔通道极大促进了锂氧电池中的离子传输和气体扩散，首圈放电比容量高达20658 mAh/g。研究团队通过直接观察放电过程中过氧化锂在碳环上的动态演化过程，深入理解了碳环电极体系高放电比容量的微观机理。
这项研究成果发表在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上，为多层次多孔电极在电催化和电化学储能领域提供了崭新路径。
