物质学院刘巍课题组首次实现空气中制备碳材料

近日，上海科技大学物质学院刘巍课题组通过二元盐动态包覆策略，实现了在空气气氛中碳材料的制备，该方法能实现碳化过程产气的释放，并在随后创造一个密封的环境，使得碳材料不被氧化。这一方法还适用于各种碳前驱体。该成果发表于国际学术期刊Matter。

由于具有物理化学性质丰富、孔结构和形貌多样、储量大及成本低等优点，碳材料在能量储存和转化、柔性可穿戴电子、环境污染、催化和生物领域得到广泛应用。由于碳在500 ^oC以上就会被氧化，其制备通常在惰性气氛中进行。在空气中制备碳材料可以降低成本，但如何实现仍是面临巨大挑战。

刘巍课题组采用一种新的二元动态盐包覆方法，成功地实现了在无需惰性气体保护的条件下碳材料的制备。该方法将碳材料的前驱体和一种盐混合作为核，然后外面包覆溴化钾盐作为壳，核壳复合物经煅烧、水洗和干燥后就能得到相应的碳材料。该方法适用的碳源非常广泛，从小分子（葡萄糖）、大分子（聚偏氟乙烯、PVDF）、生物质（樟树叶）到金属有机骨架材料（沸石咪唑骨架-67、ZIF-67）都可适用。动态盐包覆方法制备的碳材料的产率，接近在惰性气氛中的产率。

碳材料通常在制备过程的初期会大量产气，如果复合物的壳中缺少通道，壳就会发生炸裂，无法保护核中的反应。另外，制备后期气体释放后，壳需要封闭以保证碳材料不被氧化，这就需要壳在后期能够烧结致密。这项研究揭示了二元盐会在低温下会产生通道这一有趣的现象，同时还发现溴化钾会在较高的温度下烧结致密。这两点对于碳材料制备过程中气体的释放和无氧的环境都是至关重要的。如果采用单一的盐来进行，无法产生通道，且其他种类的盐在较高的温度下也无法烧结致密。这种经济有效的方法，还有望应用于有类似反应过程的其他材料的制备。

上海科技大学物质学院博士后郑楠与张洵为论文共同第一作者，刘巍教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文标题：Dynamic salt capsulated synthesis of carbon materials in air

论文链接：DOI：10.1016/j.matt.2022.03.002