西南交通大學楊維清教授課題組Nano Today：分子剪刀裁剪碳納米材料

背景介紹：

碳納米材料對于現代科技技術的發展至關重要。納米金剛石、富勒烯、碳納米管、石墨烯和碳量子點因其獨特的電學、力學、光學、熱學和化學性質受到越來越多的關注，這些獨特的性質為能源、傳感以及環境修復等領域的發展鋪平了道路。目前，分子水平的可控構建被認為是影響碳納米材料結構的關鍵因素之一。眾所周知，表面工程是一種提高碳納米材料性能并拓展其應用領域不可或缺的基礎手段。遺憾的是，目前還沒有一種簡便和通用的方法來定制具有理想特性的不同尺寸的碳納米材料。本文提出的分子剪刀剪切策略不僅在分子水平上成功實現不同維度碳納米材料的可控化構建，而且為碳材料的革新作出巨大的貢獻。

成果簡介：

近日，西南交通大學材料學院楊維清教授課題組在國際著名期刊Nano Today?(IF=16.907)上發表題為“Tailoring Carbon Nanomaterials via a Molecular Scissor”的研究工作，論文第一作者是碩士研究生王慶。該工作通過分子剪刀剪切策略實現不同維度碳納米材料的可控化構建，并對它的裁剪機理進行了詳細的闡述。不同于目前廣泛研究的表面修飾技術，他們采用分子剪刀打開碳材料的表面，實現分子尺度上的裁剪。在一定的溫度條件下，鋅蒸氣和鎂蒸氣會進入碳材料的內部，一旦遇到二氧化碳就會形成一把分子剪刀，進而實現碳納米材料的可控裁剪。測試表明，分子剪刀作用下的碳納米材料不僅擁有高的比表面積，而且擁有適宜的孔徑分布。在PVA/Na₂SO₄凝膠電解質體系中，器件展現出4.63 mWh cm^–3的能量密度（對應功率密度為3520 mW cm^–3）。

圖文導讀：

圖1. 分子剪刀實現不同碳納米材料的裁剪。

圖2. 準一維管狀納米碳超結構的構建。

圖3. 分子剪刀實現不同維度碳納米材料的可控構建。

圖4. 分子剪刀作用不同維度碳納米材料的電化學性能。

小結：

在本工作中，我們展示了分子剪刀對不同碳納米材料的裁剪技術。我們發現裁剪得到的準一維管狀碳不僅表現出較高的比表面積，而且展現出較高的能量密度。研究者相信，此項研究提出的分子剪刀剪切策略一方面將會為碳納米材料的革新提供借鑒意義，另一方面將會促進能量存儲、傳感和環境修復等領域的發展。

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220302036?dgcid=coauthor

團隊介紹：

楊維清，西南交通大學材料科學與工程學院教授/博導，四川省第十二屆政協委員，四川省杰出青年，2007和2011年分別獲得四川大學碩士和博士學位，2011-2014年先后在電子科技大學和美國佐治亞理工學院從事博士后， 2014年4月引進到西南交通大學材料學院教授博導，主要從事納米能源材料與功能器件的應用基礎研究。近年來，在Adv. Mater.（IF: 27.398）, ACS Nano (IF: 14.588），Nano Lett.（IF: 11.238）, Adv. Funct. Mater. (IF: 16.836) 等國際著名刊物上發表SCI收錄論文共計170余篇，其中影響因子IF>10論文50余篇，ESI高被引論文15篇，引用6300余次(Google Scholar)。主持國家自然基金、四川省杰出青年基金項目、教育部留學回國人員啟動基金項目等多項省部級項目，擔任科技部重大研發計劃項目會評專家和國家科技獎評審專家。申請專利40余項(已授權18余項)。所做的工作被美國知名網站美國國家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒體專題報道，受到法國路透社，中國科學網、中國儲能網、中國網、新華網、人民網、鳳凰網等多家國內外媒體關注。也是Newscientists（科技媒體世界排名第一，見百度）首次報道西南交通大學的科研工作。相關科研成果在北京科技展和中關村科技展上，受到國務院副總理劉延東、中科院院長白春禮院士和中科院北京分院院長何巖院士的高度評價，受邀參加中國國際廣播電臺名人坊節目專訪。課題組網站：https://faculty.swjtu.edu.cn/yangweiqing/zh_CN/index.htm

本文由作者投稿。