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从碳管到碳笼——材料设计及能源应用

时间:2018年09月18日 05:49 来源:澳门美高梅真人娱乐--山西日报

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南京大学教授、长江学者、教育部介观化学重点实验室主任 胡 征


    过去的30年,以零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯为代表的碳基纳米材料因其丰富的结构和形貌、优异的性质、广阔的应用前景,一直是纳米研究领域的“明星材料”。经历了30余年的发展,纳米材料的合成正在经历从经验科学走向理性设计的转变,这种转变有赖于对生长机理的深刻认识,与此同时,纳米研究也在介观科学领域不断拓展及深化。
    基于上述趋势,我们从认识生长机理着手,以定量化的原位实验数据及理论计算揭示了以苯作前驱物生长碳纳米管的苯环生长机理;发明了原位模板法制备介观结构碳基纳米笼的方法。
    在此基础上,实现了一系列新型碳基纳米材料的设计及可控制备,获得了氮、硼等元素单掺杂及共掺杂的碳基纳米管,开发出具有新颖介观结构、高比表面积、微孔-中孔-大孔共存、便于掺杂调变的碳基纳米笼,通过调控碳基纳米材料的电子结构及多尺度参量调控其物理化学性质。利用氮掺杂碳材料与过渡金属的配位作用方便构建各种负载型纳米复合材料。这类新材料可作为新型先进催化剂或直接作为碳基无金属催化剂应用于能源转化,或者作为超级电容器、锂硫电池等储能器件的电极材料,展现出一系列十分优异的能源转化及储存性能,在认识构效关系及调控机制、优化材料性能等方面取得系列重要进展,具有十分广阔的应用前景。

(责任编辑:温文)

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