新型炭材料綜述|西安交通大學魏晶教授：基于可再生植物多酚的介孔炭材料合成及其環境和能源應用

圖文摘要

?

【背景介紹】

介孔炭材料具有比表面大、孔結構可調、導電性好、穩定性高等優點，在催化、吸附、分離、能量轉換與儲存、環境修復和生物醫學等領域有著廣泛的應用。碳源是制備介孔炭材料的關鍵。其中，可再生的生物質碳炭源是一類優異的前驅體，近年來受到了廣泛關注。但是傳統的生物質碳源由于缺少足夠的活性基團，使得采用分子自組裝的方法難以有效控制所制多孔炭材料的微納結構及骨架組成。

植物多酚是一種水溶性生物質，廣泛存在于水果、蔬菜、種子、茶葉和許多其他相關食品中，分子量在500-3000-4000 Da之間。它們是一種低成本、無毒、可再生的炭源。天然植物多酚有3個特性。第一，植物多酚含有大量的鄰苯二酚或鄰苯三酚基團。這些基團與含聚環氧乙烷（PEO）片段的嵌段共聚物（如P123，F127）有著氫鍵相互作用。基于有機-有機自組裝策略，可制備不同介孔結構的多孔炭材料。同時，植物多酚中的鄰苯二酚基團對多種金屬離子有著強的螯合能力。因此可以制備金屬（或金屬氧化物）納米粒子修飾的介孔炭材料，這將進一步豐富介孔炭的功能和應用。其次，植物多酚具有與苯酚或間苯二酚相似的性質，可以被甲醛交聯形成“酚-醛”樹脂。酚醛樹脂已被廣泛用于介孔炭的碳源。和苯酚或間苯二酚相比，植物多酚是可再生且無毒的，有望取代常用的苯酚或者間苯二酚。第三，植物多酚具有良好的粘附性。多酚及其衍生物易沉積在各種基底上。這為在不同基底上制備介孔炭材料提供了可能性。

【主要內容】

近年來，西安交通大學魏晶教授以植物多酚為基本組裝單元，基于多酚和多種功能單元的共組裝，制備了系列功能介孔材料。在前期研究基礎上，課題組近日對該領域的研究進展進行了詳細總結，在《新型炭材料》（New Carbon Materials）上發表最新綜述“Synthesis of mesoporous carbon materials from renewable plant polyphenols for environmental and energy applications”（基于可再生植物多酚的介孔炭材料合成及其環境和能源應用）。該論文綜述了以植物多酚為基本單元制備功能介孔炭的研究進展。首先，介紹了具有可調孔結構的介孔炭材料制備。通過多酚-嵌段共聚物自組裝來調控介孔炭的孔結構。通過金屬-多酚-模板共組裝制備金屬（或氧化物）納米粒子修飾的有序介孔炭。其次，介紹了介孔炭的形貌控制，特別是多孔炭球的制備。受間苯二酚-甲醛樹脂膠體球合成的啟發，制備了金屬-多酚-甲醛膠體球，并將其用作炭源，實現了介孔炭膠體球的可控制備，并基于金屬種類對介孔炭孔道及組成進行調控。第三，基于多酚優良的粘附性能，可在不同基底上制備介孔炭復合材料。第四，基于介孔炭可調的孔結構、組成和形貌，綜述了介孔炭材料在吸附、催化、超級電容器等方面的應用。最后，對基于植物多酚的介孔炭材料合成和應用前景進行了展望。

圖1 天然植物多酚的物化性質

西安交通大學博士研究生馮尤優為第一作者，魏晶教授為通訊作者。上述研究得到了國家自然科學基金、陜西省重點研發計劃、省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室開放課題資助的支持。

文章信息：

馮尤優, 陳頤清, 王政, 魏晶. 基于可再生植物多酚的介孔炭材料合成及其環境和能源應用[J]. 新型炭材料, 2022, 37(1): 196-222.

FENG You-you, CHEN Yi-qing, WANG Zheng, WEI Jing. Synthesis of mesoporous carbon materials from renewable plant polyphenols for environmental and energy applications[J]. NEW CARBON MATERIALS, 2022, 37(1): 196-222.

鏈接原文：

http://xxtcl.sxicc.ac.cn/cn/article/doi/10.1016/S1872-5805(22)60577-8

通訊作者簡介：

魏?晶，西安交通大學教授。2008、2013年在復旦大學化學系獲得學士、博士學位。2013年9月至2016年9月，在澳大利亞莫納什大學從事博士后研究。2016年10月至今，任職西安交通大學教授。長期從事納米介孔材料的結構與組成調控、物化性質探索及高性能檢測平臺構筑。近年來，立足“以多酚分子膠為核心組裝單元制備功能介孔材料”的學術思路，制備了不同微納結構及骨架組成的功能介孔材料，并用于環境與生物分析。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊發表SCI論文80余篇，總被引用數6000余次，H因子41。獲上海市優秀博士論文獎、中國分析測試協會科學技術獎一等獎。擔任Biosensors編委及客座編輯，Chin. Chem. Lett.青年編委，Front. Bioeng. Biotech.客座編輯。

?

期刊信息

《新型炭材料（中英文）》?????

SCI-E、EI收錄期刊與中文核心期刊

影響因子：3.7（2021年度）

國內官網：http://xxtcl.sxicc.ac.cn/

國際版主頁：

https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

聯系電話：0351-2025254

郵箱：xxtcl@sxicc.ac.cn

tcl@sxicc.ac.cn

《新型炭材料（中英文）》公眾號??