新型炭材料综述|西安交通大学魏晶教授：基于可再生植物多酚的介孔炭材料合成及其环境和能源应用

图文摘要

【背景介绍】

介孔炭材料具有比表面大、孔结构可调、导电性好、稳定性高等优点，在催化、吸附、分离、能量转换与储存、环境修复和生物医学等领域有着广泛的应用。碳源是制备介孔炭材料的关键。其中，可再生的生物质碳炭源是一类优异的前驱体，近年来受到了广泛关注。但是传统的生物质碳源由于缺少足够的活性基团，使得采用分子自组装的方法难以有效控制所制多孔炭材料的微纳结构及骨架组成。

植物多酚是一种水溶性生物质，广泛存在于水果、蔬菜、种子、茶叶和许多其他相关食品中，分子量在500-3000-4000 Da之间。它们是一种低成本、无毒、可再生的炭源。天然植物多酚有3个特性。第一，植物多酚含有大量的邻苯二酚或邻苯三酚基团。这些基团与含聚环氧乙烷（PEO）片段的嵌段共聚物（如P123，F127）有着氢键相互作用。基于有机-有机自组装策略，可制备不同介孔结构的多孔炭材料。同时，植物多酚中的邻苯二酚基团对多种金属离子有着强的螯合能力。因此可以制备金属（或金属氧化物）纳米粒子修饰的介孔炭材料，这将进一步丰富介孔炭的功能和应用。其次，植物多酚具有与苯酚或间苯二酚相似的性质，可以被甲醛交联形成“酚-醛”树脂。酚醛树脂已被广泛用于介孔炭的碳源。和苯酚或间苯二酚相比，植物多酚是可再生且无毒的，有望取代常用的苯酚或者间苯二酚。第三，植物多酚具有良好的粘附性。多酚及其衍生物易沉积在各种基底上。这为在不同基底上制备介孔炭材料提供了可能性。

【主要内容】

近年来，西安交通大学魏晶教授以植物多酚为基本组装单元，基于多酚和多种功能单元的共组装，制备了系列功能介孔材料。在前期研究基础上，课题组近日对该领域的研究进展进行了详细总结，在《新型炭材料》（New Carbon Materials）上发表最新综述“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环境和能源应用）。该论文综述了以植物多酚为基本单元制备功能介孔炭的研究进展。首先，介绍了具有可调孔结构的介孔炭材料制备。通过多酚-嵌段共聚物自组装来调控介孔炭的孔结构。通过金属-多酚-模板共组装制备金属（或氧化物）纳米粒子修饰的有序介孔炭。其次，介绍了介孔炭的形貌控制，特别是多孔炭球的制备。受间苯二酚-甲醛树脂胶体球合成的启发，制备了金属-多酚-甲醛胶体球，并将其用作炭源，实现了介孔炭胶体球的可控制备，并基于金属种类对介孔炭孔道及组成进行调控。第三，基于多酚优良的粘附性能，可在不同基底上制备介孔炭复合材料。第四，基于介孔炭可调的孔结构、组成和形貌，综述了介孔炭材料在吸附、催化、超级电容器等方面的应用。最后，对基于植物多酚的介孔炭材料合成和应用前景进行了展望。

图1 天然植物多酚的物化性质

西安交通大学博士研究生冯尤优为第一作者，魏晶教授为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室开放课题资助的支持。

文章信息：

冯尤优, 陈颐清, 王政, 魏晶. 基于可再生植物多酚的介孔炭材料合成及其环境和能源应用[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.

链接原文：

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

通讯作者简介：

魏 晶，西安交通大学教授。2008、2013年在复旦大学化学系获得学士、博士学位。2013年9月至2016年9月，在澳大利亚莫纳什大学从事博士后研究。2016年10月至今，任职西安交通大学教授。长期从事纳米介孔材料的结构与组成调控、物化性质探索及高性能检测平台构筑。近年来，立足“以多酚分子胶为核心组装单元制备功能介孔材料”的学术思路，制备了不同微纳结构及骨架组成的功能介孔材料，并用于环境与生物分析。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文80余篇，总被引用数6000余次，H因子41。获上海市优秀博士论文奖、中国分析测试协会科学技术奖一等奖。担任Biosensors编委及客座编辑，Chin. Chem. Lett.青年编委，Front. Bioeng. Biotech.客座编辑。

期刊信息

《新型炭材料（中英文）》     

SCI-E、EI收录期刊与中文核心期刊

影响因子：3.7（2021年度）

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