記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏教授和梁海偉教授研究團隊找到了一種過渡金屬鹽催化有機小分子碳化的合成新途徑，實現(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。但開發(fā)簡單、廉價、可控的方法宏量制備碳納米材料依然面臨巨大挑戰(zhàn)。

有機小分子因其廣泛存在、種類多樣、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。

針對上述挑戰(zhàn)，研究人員提出一種過渡金屬輔助有機分子碳化的方法，通過使用過渡金屬鹽輔助熱解有機小分子來制備碳納米材料。在高溫?zé)峤膺^程中，過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。