近年來(lái)，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米材料與化學(xué)研究部俞書(shū)宏教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在低溫水熱碳化生物質(zhì)制備功能性碳基材料方面的研究取得顯著進(jìn)展。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、中國(guó)科學(xué)院-德國(guó)馬普學(xué)會(huì)伙伴小組計(jì)劃等項(xiàng)目的資助下，該課題組利用水熱碳化方法和在化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，以簡(jiǎn)單的植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質(zhì)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(jié)構(gòu)材料，相關(guān)一系列論文發(fā)表在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small、Chem. Mater.、Chem. Commun.、Langmuir等國(guó)際期刊上。其中該課題組有關(guān)生物質(zhì)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(guó)際關(guān)注，最近應(yīng)邀撰寫(xiě)觀點(diǎn)透視綜述論文，并以封面形式發(fā)表在Dalton Trans. 2008, (40), 5414-5423上，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)（RSC）網(wǎng)站以“Dalton Transactions highlights nanomaterials for energy solutions”和“Nanotubes from biomass: Hydrothermal Carbonization”為題予以報(bào)道。

    多功能碳基材料由于其在催化劑載體、固碳、吸附劑、儲(chǔ)氣、電極、碳燃料電池和藥物傳遞等領(lǐng)域潛在的重要應(yīng)用，使其合成技術(shù)研究成為一個(gè)熱門(mén)課題。目前研究的重點(diǎn)已經(jīng)從化石燃料轉(zhuǎn)變到以生物質(zhì)作為原料合成碳基材料，同時(shí)也有望為合理利用過(guò)剩的生物質(zhì)、為儲(chǔ)存碳能源和避免直接焚燒對(duì)環(huán)境的嚴(yán)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(shí)現(xiàn)了植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質(zhì)的低溫碳化并成功制備了一系列形態(tài)和結(jié)構(gòu)可控的功能化碳基納米結(jié)構(gòu)材料，重點(diǎn)研究了其控制生長(zhǎng)和表面活化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，由非晶態(tài)纖維素組成的軟質(zhì)的植物組織主要產(chǎn)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(jié)構(gòu)的晶態(tài)纖維素組成的硬質(zhì)植物組織，能夠保留外部形狀以及大范圍內(nèi)宏觀和微觀結(jié)構(gòu)特征，在納米尺度上產(chǎn)生了顯著的結(jié)構(gòu)變化，形成介孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用碳水化合物能夠控制合成出具有特殊形態(tài)和結(jié)構(gòu)的碳基納米材料、多孔碳材料及復(fù)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(jié)構(gòu)等，而且富含能顯著改善其親水性和化學(xué)活性的官能團(tuán)。所制備的碳基材料和復(fù)合材料具有優(yōu)異的固碳效率、催化性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，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(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

目前，該課題組正著力研究水熱碳化過(guò)程機(jī)理和進(jìn)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(jié)構(gòu)材料及實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。