中科大在生物质制备高活性碳基功能纳米结构材料方面取得新进展

近年来，合肥微尺度物质科学国家实验室纳米材料与化学研究部俞书宏教授领导的课题组在低温水热碳化生物质制备功能性碳基材料方面的研究取得显著进展。

在国家自然科学基金委重点基金、中国科学院-德国马普学会伙伴小组计划等项目的资助下，该课题组利用水热碳化方法和在化学反应和结构设计基础上，以简单的植物秸杆、茎叶和碳水化合物等生物质为原料，成功制备出一系列多种功能化、高活性的碳基功能纳米结构材料，相关一系列论文发表在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small、Chem. Mater.、Chem. Commun.、Langmuir等国际期刊上。其中该课题组有关生物质水热碳化制备高活性富碳纳米功能材料的一系列工作已引起国际关注，最近应邀撰写观点透视综述论文，并以封面形式发表在Dalton Trans. 2008, (40), 5414-5423上，英国皇家化学会（RSC）网站以“Dalton Transactions highlights nanomaterials for energy solutions”和“Nanotubes from biomass: Hydrothermal Carbonization”为题予以报道。

    多功能碳基材料由于其在催化剂载体、固碳、吸附剂、储气、电极、碳燃料电池和药物传递等领域潜在的重要应用，使其合成技术研究成为一个热门课题。目前研究的重点已经从化石燃料转变到以生物质作为原料合成碳基材料，同时也有望为合理利用过剩的生物质、为储存碳能源和避免直接焚烧对环境的严重污染等提供新的解决方案。该课题组利用直接或催化的水热碳化方法，成功实现了植物秸杆、茎叶和碳水化合物等生物质的低温碳化并成功制备了一系列形态和结构可控的功能化碳基纳米结构材料，重点研究了其控制生长和表面活化过程。研究发现，由非晶态纤维素组成的软质的植物组织主要产生球状碳纳米颗粒，它们的尺寸很小，孔隙主要是间隙孔隙；由固定结构的晶态纤维素组成的硬质植物组织，能够保留外部形状以及大范围内宏观和微观结构特征，在纳米尺度上产生了显著的结构变化，形成介孔网状结构。同时，利用碳水化合物能够控制合成出具有特殊形态和结构的碳基纳米材料、多孔碳材料及复合材料，诸如纳米球、纳米纤维、亚纳米线、亚纳米管、纳米电缆和核壳结构等，而且富含能显著改善其亲水性和化学活性的官能团。所制备的碳基材料和复合材料具有优异的固碳效率、催化性质和电学性质，在固碳，色谱分离、催化剂载体和电极材料、气相选择吸附剂、药物传递等领域具有潜在的应用前景。

目前，该课题组正着力研究水热碳化过程机理和进一步提高碳化效率，为高效制备一系列多功能化、高活性碳基纳米结构材料及实际应用打下基础。