新型有序大孔石墨烯碳質(zhì)框架材料研制成功

天津大學(xué)特聘研究員吉科猛團(tuán)隊(duì)以金屬鹽和有機(jī)膠晶為原料模板， 開發(fā)出了一種以石墨烯型碳、 金屬納米晶等為基本功能單元構(gòu)筑而成的高結(jié)晶度、 高導(dǎo)電性三維有序大孔框架材料（簡(jiǎn)稱OMGCs）。

據(jù)介紹， 有序納米多孔功能材料由于具有發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)、 較大的比表面積、 較小的材料密度等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，在吸附、 分離、 傳感器、 離子交換、 負(fù)載催化、 藥物輸送、 電磁防護(hù)、 環(huán)境治理、 電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化等諸多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。 然而， 孔徑分布窄（＜50 nm）、 結(jié)晶度低、 熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性差等缺陷卻在很大程度上限制了當(dāng)前這些功能材料在更大范圍的應(yīng)用。

對(duì)此， 吉科猛團(tuán)隊(duì)經(jīng)過刻苦攻關(guān)， 其所研發(fā)OMGCs 晶體碳質(zhì)材料的整個(gè)制備工藝流程十分簡(jiǎn)單高效。 只需將浸漬有金屬鹽凝膠的膠晶模板置于氬氣或氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣中進(jìn)行一步焙燒， 即可制得塊體或粉體形狀的OMGCs 產(chǎn)物。 焙燒時(shí)間可以短至幾分鐘， 焙燒溫度更是可以低至300～400 ℃， 遠(yuǎn)低于以目前催化工藝制備石墨烯碳所需的近千度高溫。

據(jù)介紹， OMGCs 材料之所以能夠在如此低的溫度下形成， 可以用一種特別的基于金屬鹽晶面的'原子澆鑄'機(jī)制進(jìn)行解釋。 當(dāng)所使用的金屬鹽具有足夠大的晶格間距時(shí)， 構(gòu)成膠晶模板的高分子聚合物就能夠在其發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)， 借助其碳原子而部分地釘扎在金屬鹽的這些晶面上， 在其達(dá)到熱解溫度后便可以釋放這些碳原子而形成目標(biāo)的石墨烯型碳。 也正是由于低溫段所形成石墨烯碳對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固作用， OMGCs 材料（以及之前研究所報(bào)導(dǎo)的金屬氧化物） 才得以形成最終的高度規(guī)整、有序的蜂巢形貌。

通過上述制備技術(shù)， 只需對(duì)焙燒溫度、 焙燒時(shí)間、 膠晶模板的微球尺寸、 金屬鹽的種類等進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整， 便可實(shí)現(xiàn)對(duì)OMGCs 材料的靈活調(diào)控。 所制得的晶體碳質(zhì)材料不僅具有精致可控的層級(jí)納米多孔結(jié)構(gòu)， 還具有豐富可調(diào)的納米晶物質(zhì)組成。 而基于石墨烯型碳優(yōu)異的導(dǎo)電性、 導(dǎo)熱性、 穩(wěn)定性以及較低的密度和良好的柔韌度等本征特性， 這種將三維雙連續(xù)石墨烯碳與單分散金屬納米晶等功能基元進(jìn)行的協(xié)同集成， 更可以極大地保證OMGCs 晶體碳質(zhì)材料在不同高新科技領(lǐng)域中的獨(dú)特應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。