Advanced Science:旧瓶装新酒,沸石模板碳的复兴:在能量存储与转换方向的进展

旧瓶装新酒,出自《新约·马太福音》:耶稣说:“没有人把新酒装在旧皮袋里”。自“五四”以来,反其意而用之,比喻用旧的形式表现新的内容。利用模板碳化法制备纳米碳材料自1982年(以硅胶和多孔玻璃为模板)以来已发展了近四十年。近十年,以分子筛为模板制备的纳米碳材料因其具有多样的形貌、丰富的掺杂结构,将沸石模板碳这一“旧瓶”赋予能量存储与转换的“新酒”,使得这类材料拥有了新的应用出口。

图一 以沸石为模板的纳米碳材料的结构及应用

南方科技大学和德国于利希研究中心的苗骏博士在澳门大学汤子康教授的指导下,联合深圳大学张晗教授、东北师范大学郎中玲博士回顾了近年来沸石模板纳米碳材料的发展以及他们在能源存储与转换方面的应用。本文从沸石模板的选择上分析了248种沸石结构中的16种,分别从孔尺寸、孔维度以及可进入体积的角度探讨了沸石模板对于纳米碳材料的结构和形貌的影响,并阐述了碳源的选择例如气态小分子、沸石模板、表面活性剂等,合成方法例如化学气相沉积、模板碳化、水热合成等,以及后修饰的方法例如化学氧化和电化学氧化对于形成纳米碳材料的影响。最后,文章总结了沸石模板碳在储氢、储甲烷、超级电容器、二次电池以及燃料电池方向的应用。相关论文在线发表在Advanced Science上。(DOI: 10.1002/advs.202001335)