Los materiales de carbono (CM) tienen un gran potencial en la industria debido a su alta conductividad eléctrica, buena estabilidad química, y microestructura única. Tradicionalmente, Los CM se prepararon mediante la carbonización de productos naturales o polímeros sintéticos a baja presión de vapor. Pero padecen algunas desventajas distintas, tales como dificultad para adaptar las microestructuras y composiciones químicas de los productos obtenidos, o procesos de polimerización lentos y complicados. Hasta ahora, Ha sido un desafío significativo desarrollar un bajo costo, método altamente controlable para preparar CM con los constituyentes y estructuras deseados a gran escala.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yu Shuhong y el profesor Liang Haiwei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) propone un método simple para preparar una serie de CM funcionales a partir de pequeñas moléculas orgánicas (MOS) mediante un metal de transición asistido. proceso de carbonización. Este trabajo fue publicado en Avances de la ciencia titulado "Transición de la carbonización asistida por metales de pequeñas moléculas orgánicas hacia materiales funcionales de carbono".

Las pequeñas moléculas orgánicas (MOS) como precursoras para la preparación de MC tienen algunas ventajas distintas, como la disponibilidad común, costo relativamente bajo, y diversas especies de elementos con diversos contenidos. Los esfuerzos anteriores para la transformación de MOS en CM se basaron en duras condiciones de síntesis, p.ej. pirólisis en reactores sellados, deposición de vapor químico, o carbonización ionotérmica a base de fusión de sal, debido a la alta volatilidad de las MOS a las temperaturas evaluadas. Para abordar esto, el grupo de investigación dirigido por el profesor Yu Shuhong y el profesor Liang Haiwei desarrolló un método de carbonización de MOS asistida por metales de transición. Los metales de transición pueden catalizar la formación preferencial de estructuras poliméricas intermedias térmicamente estables y así evitar la sublimación directa de MOS durante el proceso de calentamiento. lo que garantiza la preparación exitosa de CM con alto rendimiento de carbono. Los investigadores han descubierto que se pueden emplear 15 MOS y 9 TMS como precursores y catalizadores de carbono, respectivamente, para preparar CM. Además, Se pueden utilizar dos plantillas duras en el método para mejorar la porosidad del CMS obtenido. Los resultados de la investigación indican que el método es simple, eficaz, y método versátil para preparar CM.

El CM preparado exhibió tres microestructuras prominentes diferentes (incluido el nanotubo de carbono de paredes múltiples similar al bambú, nanohojas del tamaño de un micrómetro y partículas irregulares) que eran altamente dependientes de las estructuras moleculares de las MOS. Además, los CM poseían una gran superficie específica, grandes volúmenes de poros, abundantes heteroátomos así como estructuras altamente grafíticas. Como resultado, el CM mostró un potencial de aplicación significativo para catálisis heterogénea, por ejemplo. oxidación selectiva de etilbenceno e hidrogenación de nitrobenceno; y electrocatálisis, p.ej. reacción de desprendimiento de hidrógeno y reacción de reducción de oxígeno. Este trabajo abre una nueva ventana para la síntesis de MC con los constituyentes y estructuras deseados.