文博資訊--功能碳材料具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在能源、催化和環(huán)境等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。功能碳材料的選控合成/制備和應(yīng)用途經(jīng)的拓展一直是國內(nèi)外高度關(guān)注的一個(gè)學(xué)科前沿和熱點(diǎn)。精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邱介山教授領(lǐng)導(dǎo)的“能源材料化工”學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)面向能源材料化工的學(xué)科發(fā)展前沿及國家在能源材料化工技術(shù)領(lǐng)域的重大需求，多年來致力于煤和生物質(zhì)基微/納米功能碳材料的選控制備及應(yīng)用研究，近期在石墨烯可控組裝、碳基能量轉(zhuǎn)換與存儲用材料調(diào)控、煤基功能碳量子點(diǎn)等研究方面取得了一系列新的突破。
在理想狀態(tài)下，石墨烯是一種新型的單原子厚度的二維晶體碳質(zhì)納米材料，如何在納米尺度上精細(xì)調(diào)控前驅(qū)體基本結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而基于自組裝策略，實(shí)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)高度發(fā)達(dá)且機(jī)械性能優(yōu)異的高功能石墨烯及其超輕高彈性宏觀體的可控構(gòu)筑，是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的難題。該團(tuán)隊(duì)在前期研究工作的基礎(chǔ)上 (Adv. Mater. 2013, 25, 2219, 作為Research highlight被Nature 2013, 494, 404報(bào)道，入選2013年度“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”)，將化學(xué)剪裁與雜原子摻雜的策略有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了氮原子摻雜的一維碳納米管與二維石墨烯納米帶狀材料有機(jī)復(fù)合材料的選控制備，這種新材料作為染料敏化太陽能電池的對電極，顯示出優(yōu)異的性能，相關(guān)工作發(fā)表在Adv. Energy Mater. (2015, DOI:10.1002/aenm.201500180，期刊內(nèi)封面)；發(fā)展了柱撐、化學(xué)交聯(lián)等新技術(shù)和新方法，以氧化石墨烯為基本結(jié)構(gòu)單元，實(shí)現(xiàn)了石墨烯超快的組裝，成果發(fā)表在Adv. Func. Mater. (2014, 24, 4915-4921，期刊的Frontispiece；2015, 25, 2109-2116，期刊內(nèi)封面)。
Adv. Energy Mater. (2015, DOI:10.1002/aenm.201500180，期刊內(nèi)封面)
Adv. Func. Mater. (2015, 25, 2109-2116, 期刊內(nèi)封面)
碳基材料在能量轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域有不可替代的重要作用，其可控制備和組裝是需要解決的核心和關(guān)鍵問題之一。團(tuán)隊(duì)首先針對鋰二次電池材料存在的瓶頸性問題，基于表/界面調(diào)控策略，選控制備了高功能碳基復(fù)合結(jié)構(gòu)納米材料，實(shí)現(xiàn)了鋰硫電池固態(tài)放電產(chǎn)物及可溶性多硫化物的原位高效穩(wěn)定，創(chuàng)制出具有優(yōu)異循環(huán)壽命和倍率性能的石墨烯/硫復(fù)合電極材料。繼Adv. Mater 2013, 25, 3462和Nature Commun.2014, 5, 5002之后，最新研究成果發(fā)表在Nano Energy (2015, 12, 578-587）；研究并發(fā)展了空間限域、溶膠/凝膠、誘導(dǎo)晶核生長等新的技術(shù)策略，成功實(shí)現(xiàn)了超級電容器用新結(jié)構(gòu)高功能多種復(fù)合結(jié)構(gòu)納米碳電極材料的選控構(gòu)筑，相關(guān)成果發(fā)表在Adv. Energy Mater. (2014, 4, DOI: 10.1002/aenm.201470099, 期刊前封面；2015, DOI: 10.1002/aenm.201570035, 刊物的Frontispiece)。這種合成策略可以拓展到多種類型的其它碳源，是一種制備高性能二維多孔片狀納米碳材料的普適性新方法。這一成果為拓展和深化高性能炭基超級電容器電極材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑，開辟了新的技術(shù)途經(jīng)，也為高性能二維納米炭材料的設(shè)計(jì)合成提供了可資借鑒的新思路。
Adv. Energy Mater. (2014, 4, DOI: 10.1002/aenm.201470099, 期刊前封面)
碳量子點(diǎn)是近年來發(fā)展起來的碳家族的一種明星級納米碳材料。如何實(shí)現(xiàn)其價(jià)廉、可控及規(guī)模化的制備是國內(nèi)外高度關(guān)注的一個(gè)難題。基于前期在煤基納/微米碳材料研究的雄厚工作基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)提出以煤為前驅(qū)體，采用化學(xué)氧化、電化學(xué)等分子剪裁技術(shù)手段，成功實(shí)現(xiàn)了煤基碳量子點(diǎn)的可控合成；利用零維碳量子點(diǎn)富活性位的特點(diǎn)，與二維石墨烯等材料有機(jī)復(fù)合，構(gòu)筑了具有高活性位、高導(dǎo)電性、廉價(jià)的無金屬全碳電催化一體材料，揭示了這類新催化材料的本征構(gòu)效關(guān)系。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Small (2014, 10, 4926-4933)、Chem. Commun. (2015, 51, 3419-3422)和Carbon (2015, 91, 291-297). 資訊由高溫高壓反應(yīng)釜提供
