以配位聚合物為原料的碳納米棒和石墨烯納米帶的合成方法
碳納米棒（a）和石墨烯納米帶（b）的透射電子顯微鏡圖像
以試制的碳納米棒和石墨烯納米帶，以及通常使用的微孔炭作為電極材料的電容器的恒定電流充放電特性 日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)“產(chǎn)綜研”)2016年5月10日宣布，開(kāi)發(fā)出了棒狀及帶狀的納米碳材料(即碳納米棒和石墨烯納米帶)的新型合成方法。這種方法除了通常的化學(xué)反應和熱處理以外，無(wú)需其他復雜的工序，能夠簡(jiǎn)便且高效率地合成納米碳材料。
過(guò)去合成石墨烯納米帶是通過(guò)電化學(xué)處理和等離子蝕刻等方式，將碳納米管剝離、展開(kāi)，存在工序復雜、產(chǎn)量低等課題。這一次，產(chǎn)綜研開(kāi)發(fā)出了以配位聚合物為原料的簡(jiǎn)便合成法。配位聚合物是大量金屬離子與有機配體相互連接、結構類(lèi)似攀爬架的固體材料。為了將這種材料內部規則排列的納米微孔作為有效空間加以利用，世界各地都在開(kāi)展相關(guān)研發(fā)。
產(chǎn)綜研開(kāi)發(fā)的方法是，在使用金屬鹽(醋酸鋅)和能夠與金屬鹽結合的有機配體，即2,5-二羥基對苯二甲酸(橋聯(lián)配體)合成配位聚合物時(shí)，加入不能連接金屬鹽的配體(非橋聯(lián)配體)，即水楊酸，從而遏制配位聚合物在特定方向的生長(cháng)，合成棒狀的配位聚合物。將這種棒狀配位聚合物置于惰性氣體中，在1000度下進(jìn)行加熱處理，就制成了形狀穩定的碳納米棒。
然后，在氫氧化鉀(KOH)水溶液中對碳納米棒進(jìn)行超聲波處理，之后在惰性氣體中以800度的熱處理進(jìn)行激活，疊加成碳納米棒的石墨烯就會(huì )分散開(kāi)，得到石墨烯納米帶。在透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察的結果顯示，碳納米棒和由2～6層石墨烯組成的石墨烯納米帶的收獲率良好。
這樣制作的碳納米棒和石墨烯納米帶與通常用作電容器電極材料的微孔炭相比，具有更好的充放電特性，有望成為高效率的能源儲存及轉化元件。今后，產(chǎn)綜研還將利用這種方法，開(kāi)發(fā)以配位聚合物為原料、形狀可控的多種納米碳材料。
上述技術(shù)相關(guān)成果的詳情已于5月9日(英國時(shí)間)刊登在英國科學(xué)期刊《Nature Chemistry》的網(wǎng)絡(luò )版上。
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