使用有机小分子创建碳纳米结构

由碳制成的小型结构是一种有用且多功能的工具，可用于各个行业，包括水和废水处理、天然气和石油以及能源储存。为了产生这些纳米结构，合成和天然聚合物传统上被用作起始点，以引发产生纳米结构碳所需的化学反应。这被称为前体。

然而，天然和合成聚合物都有局限性。由于天然聚合物的复杂性和合成聚合物的生产困难且昂贵，因此很难做到精确。

最近的研究通过使用热量将有机小分子转化为有机金属盐，然后转化为多孔碳，证明了聚合物前体的替代品。加热分子以产生新材料的过程称为热解。

该研究于10月22日发表在NanoResearch上。

“使用小分子作为前体的直接目的是通过避免聚合过程来简化碳的制备，”合肥中国科技大学教授兼研究员梁海伟说。

“更重要的是，这种使用小分子的概念可以极大地扩展碳制备前体的结构多样性，从而为研究碳材料性质与前体结构之间的关系铺平道路。”

以前对小有机分子作为聚合物前体替代品的研究由于其合成条件而面临限制，这会产生更易挥发的小分子。这项研究建立在先前的研究基础上，该研究表明使用离子液体(一种液态的盐)可以解决其中的一些限制。

他们将这一想法更进一步，并使用有机金属盐(也称为离子固体)代替离子液体，因为有机金属盐既是有机材料又是无机材料。有机和无机材料的这种组合有助于有机金属盐形成碳纳米结构的模板。他们还表明，只要它们包含可以转化为盐的酸性基团，就可以使用多种有机小分子作为前体。

“使用小分子制备碳的困难主要来自于它们的高挥发性，这可以通过将小分子转化为有机金属盐来轻松克服。这是因为原来将分子保持在一起的弱分子间力被强大的静电力所取代盐形成后，从而降低了挥发性，”梁说。

使用这种方法的另一个好处是有机金属盐的多功能性。通过改变有机金属盐的成分，可以在分子水平上控制碳纳米结构的特性。

展望未来，研究人员将继续探索使用这种技术的不同方式。“接下来，我们将继续探索碳材料与分子前体之间的结构关系，建立明确的规则，在分子水平上指导碳材料的合理合成。最终，我们希望利用这种方法在控制碳方面的优势。结构和组成，以实现为目标应用量身定制的先进功能碳材料的合成，”梁说。