俞書宏小組在生物質制備高活性碳基功能納米結構材料方面取得新進展

     近年來，合肥微尺度物質科學國家實驗室納米材料與化學研究部俞書宏教授領導的課題組在低溫水熱碳化生物質制備功能性碳基材料方面的研究取得顯著進展。

     在國家自然科學基金委重點基金、中國科學院-德國馬普學會伙伴小組計劃等項目的資助下，該課題組利用水熱碳化方法和在化學反應和結構設計基礎上，以簡單的植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質為原料，成功制備出一系列多種功能化、高活性的碳基功能納米結構材料，相關一系列論文發表在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small、Chem. Mater.、Chem. Commun.、Langmuir等國際期刊上。其中該課題組有關生物質水熱碳化制備高活性富碳納米功能材料的一系列工作已引起國際關注，最近應邀撰寫觀點透視綜述論文，并以封面形式發表在Dalton Trans. 2008, (40), 5414-5423上，英國皇家化學會（RSC）網站以“Dalton Transactions highlights nanomaterials for energy solutions”和“Nanotubes from biomass: Hydrothermal Carbonization”為題予以報道。

生物質低溫水熱碳化合成不同形態和結構的碳基納米材料

多功能碳基材料由于其在催化劑載體、固碳、吸附劑、儲氣、電極、碳燃料電池和藥物傳遞等領域潛在的重要應用，使其合成技術研究成為一個熱門課題。目前研究的重點已經從化石燃料轉變到以生物質作為原料合成碳基材料，同時也有望為合理利用過剩的生物質、為儲存碳能源和避免直接焚燒對環境的嚴重污染等提供新的解決方案。該課題組利用直接或催化的水熱碳化方法，成功實現了植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質的低溫碳化并成功制備了一系列形態和結構可控的功能化碳基納米結構材料，重點研究了其控制生長和表面活化過程。研究發現，由非晶態纖維素組成的軟質的植物組織主要產生球狀碳納米顆粒，它們的尺寸很小，孔隙主要是間隙孔隙；由固定結構的晶態纖維素組成的硬質植物組織，能夠保留外部形狀以及大范圍內宏觀和微觀結構特征，在納米尺度上產生了顯著的結構變化，形成介孔網狀結構。同時，利用碳水化合物能夠控制合成出具有特殊形態和結構的碳基納米材料、多孔碳材料及復合材料，諸如納米球、納米纖維、亞納米線、亞納米管、納米電纜和核殼結構等，而且富含能顯著改善其親水性和化學活性的官能團。所制備的碳基材料和復合材料具有優異的固碳效率、催化性質和電學性質，在固碳，色譜分離、催化劑載體和電極材料、氣相選擇吸附劑、藥物傳遞等領域具有潛在的應用前景。

目前，該課題組正著力研究水熱碳化過程機理和進一步提高碳化效率，為高效制備一系列多功能化、高活性碳基納米結構材料及實際應用打下基礎。

(合肥微尺度物質科學國家實驗室，化學與材料科學學院)