碳材料纳米结构的可控制备和性能研究

Controlled preparation of the nanostructures about carbon materials is the important development direction in present and future. It is of important significance to explore the synthesis methods and formation mechanism of the nanostructures about carbon materials and to realize effective regulation and control of the morphology, size, dimensions and performances for carbon materials and to study the relationship between carbon material structures and performances. The project aims in obtaining those carbon materials with different nanostructures, sizes and morphologies by in situ template method combined with solvothermal technology using cheap metal acetic acid salts and alcohol compounds as raw materials. The effect of the experimental conditions such as reaction temperatures and times on the nanostructures of carbon materials will be considered and the formation mechanism of the carbon nanostructures with different sizes and morphologies in the alcohol compounds will be performed. This research will set up a simple preparation method for carbon nanostructures in appropriate organic solvents by thermal decomposition metal organic compounds and will provide new ideas and opportunities in the controlled preparation of carbon nanostructures with novel morphologies and dimensions and uniform sizes.

碳材料纳米结构的调控是目前重要的发展方向。探索碳材料纳米结构的合成方法与调控机制，实现对其形貌、尺寸、维度及性能的有效调控，对深入研究材料结构与性能的关系具有重要的意义。本项目在前期工作基础上，采用廉价的金属醋酸盐和醇类化合物应用原位模板法结合溶剂热方法获取不同结构、大小和形貌的碳纳米材料。研究实验条件对碳材料纳米结构形成的影响和作用，研究醇类化合物调控碳纳米材料大小和形貌的作用机理,研究结构和性能之间的关系。本项目的研究将开辟在适当的有机溶剂中通过热分解有机物制备碳纳米结构的简便方法，为碳材料形貌、大小和维度的调控提出新的思路和机会。

碳材料纳米结构的调控是目前重要的发展方向，同时，材料的形貌结构对其性能也有较大的影响。本项目主要围绕碳材料及其复合纳米结构的制备与调控，并探索其形貌结构对电化学性能或吸附储能的影响。例如：以碳水化合物（如蔗糖，乙醇等）为原料，采用水热法及高温碳化活化等合成方法制备具有新颖结构和形貌的碳材料，研究不同制备条件对碳材料结构、形貌、组成、比表面积、孔隙及性能的影响及规律。利用碳材料双电层电容和金属氧化物赝电容有效结合，将大大提升超级电容器的能量密度的思路，以廉价的金属有机盐（如醋酸盐等）为原料，通过化学浴沉淀法及水热法等制备了系列具有优异性能的金属氧化物及氧化物与碳复合材料，并对形貌和结构如孔容、孔径、杂原子掺杂与电化学性能进行分析和总结。此外，以华南地区丰富的农林生物质资源（包括树皮、废弃蚕丝、谷壳等）和绿色合成方法，开展生物质碳基材料的制备及其储能特性和机理研究，通过活化改性、石墨化、催化以及复合等手段调控孔碳材料的纳米结构、形貌、孔径及其分布、比表面积和官能团，着重研究生物质孔碳材料微纳结构与储能性能之间的内在关系，为设计和发展新型碳基储能材料奠定科学基础。这些研究成果发表在J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources、 Electrochim. Acta、Int. J. Hydrogen Energ.、Mater. Lett.等国际知名期刊上。