新型二元动态盐包覆法

首次实现在空气中制备碳材料

●创新点

碳材料具有多变的晶体结构、孔径和形态，已被广泛应用于能量存储和转换、柔性可穿戴电子产品、海水淡化、生物医学等领域。通常，人们需要在无氧环境和惰性气体的保护下，将有机化合物加热至600 ℃～1 000 ℃进行碳材料的制备。上海科技大学物质学院刘巍教授团队提出了一种新型二元动态盐包覆方法，成功实现了在空气中制备碳材料，大大降低了制备成本。

●方法和结果

首先，研究团队将不同比例的碳前体和一种氯化钠盐混合物磨成粉并压制成核，然后通过干压和冷等静压将溴化钾盐作为壳包覆在核上，用于后续的空气热处理。盐的动态变化需要经历4个重要阶段：首先，压制的溴化钾球壳具有良好的密封性，可防止热处理过程中空气的侵入；然后，在200 ℃～400 ℃时，碳前体在碳化过程中产生水蒸气和其他气体，从由Cl 和Br 元素不同扩散速率形成的通道中排出；接着，在400 ℃～600 ℃时，气体全部排出后，壳内的盐粒逐渐烧结成致密的陶瓷，通道封闭；最后，在600 ℃～800 ℃时，核壳界面处的部分盐熔化，进一步密封碳产物并阻止其氧化。因此，动态盐包覆体系既可以保证碳前体的气体释放，又可以在碳化过程中阻断外界空气。最后，用去离子水洗涤该颗粒即可得到碳材料。研究表明，通过该方法制备碳材料的产率与在惰性气体中制备碳材料的产率已经非常接近。

应用前景

该方法使用的碳源非常广泛，包括小分子（如葡萄糖）、大分子（如聚偏氟乙烯）、生物（如樟树叶）和金属有机框架材料（如沸石咪唑酯骨架-67）等，并且只需消耗一定量的水和盐，大大降低了成本，具有潜在的工业应用前景。另外，该方法制备的碳材料可生产具有高质量负载的碳阳极，其电化学性能优于市售石墨阳极，为电池制造提供了新的材料选择。

Source:ZHENG N,ZHANG X,ZHANG C,et al.Dynamic salt capsulated synthesis of carbon materials in air[J].Matter,2022,D0l:101016/j.matt.2022.03.002.