記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書(shū)宏教授和梁海偉教授研究團(tuán)隊(duì)找到了一種過(guò)渡金屬鹽催化有機(jī)小分子碳化的合成新途徑，實(shí)現(xiàn)了在分子層面可控的宏量合成多孔摻雜碳納米材料。研究成果發(fā)表在7月27日出版的《科學(xué)進(jìn)展》上。

碳納米材料因具備高的導(dǎo)電性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)，在環(huán)境、能源、催化、電子器件和聚合物等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。特別是擁有高的比表面積、多孔結(jié)構(gòu)、理想的雜原子摻雜等特征的碳納米材料，更受青睞。但開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、廉價(jià)、可控的方法宏量制備碳納米材料依然面臨巨大挑戰(zhàn)。

有機(jī)小分子因其廣泛存在、種類(lèi)多樣、元素豐富，是一種理想的制備碳納米材料的前驅(qū)體。但在高溫下有機(jī)小分子的高揮發(fā)性使得其作為原料制備碳納米材料必須使用復(fù)雜方法和設(shè)備，如化學(xué)氣相沉積和高壓密閉合成。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究人員提出一種過(guò)渡金屬輔助有機(jī)分子碳化的方法，通過(guò)使用過(guò)渡金屬鹽輔助熱解有機(jī)小分子來(lái)制備碳納米材料。在高溫?zé)峤膺^(guò)程中，過(guò)渡金屬鹽不僅能提高小分子的熱穩(wěn)定，還能催化其聚合優(yōu)先形成相應(yīng)的聚合物中間體，避免有機(jī)小分子在高溫?zé)峤庵袚]發(fā)，從而最終形成碳納米材料。研究表明，運(yùn)用這種方法制備的碳材料具有三種微觀結(jié)構(gòu)：竹節(jié)狀的多壁納米管、微米尺度的片和無(wú)規(guī)則的顆粒。該研究為高效制備碳納米材料提供了一種普適的合成路線。