本报讯 近日，《美国化学会志》和《德国应用化学》相继发表了中国科大俞书宏教授课题组分别与美国德州大学奥斯汀分校John  B.Goodenough教授、德国胶体与界面研究所Markus Antonietti教授研究组合作研究取得的成果。该课题组提出了三维模板法制备酚醛树脂（PF）基碳气凝胶的理念，成功发展了两种三维模板制备碳气凝胶的新方法，即聚合物分子链软模板和盐硬模板法。该课题组建立了全新的制备树脂基碳气凝胶的通用方法，在树脂基碳气凝胶制备方法学领域取得了重要进展。论文的第一作者为我校合肥微尺度物质科学国家实验室硕博连读生于志龙同学。

俞书宏教授课题组提出了聚合物分子链作为三维软模板和盐作为三维硬模板来制备酚醛基碳气凝胶的新方法。在以往发展的可宏量制备酚醛树脂凝胶工作的基础上，进一步探究了碳气凝胶的制备方法、硬碳微观结构的形成机制以及在能源存储领域的应用前景。研究人员通过引入多种金属离子，利用单体与金属离子的络合特性，制备了分散非常均匀的PFR/Fe复合凝胶，并且研究了其催化石墨化过程和硬碳的形成机理。研究人员将金属离子（Fe3+）与酚醛树脂单体苯酚络合，然后引发酚醛聚合，络合作用将Fe3+非常均匀地嵌入到酚醛聚合物的链段结构中，然后高温碳化。所得的硬碳包含膨胀的纳米石墨和微米孔道两种结构。该方法提供了一种制备高性能硬碳的新思路，对硬碳微观结构的形成和修饰提出了新的见解。所得的碳气凝胶可以用作Li电池和Na电池的负极材料。在Li电池中，该材料不仅拥有高的比容量和高体积容量密度，而且拥有优异的循环稳定性，远远高于传统的硬碳电极材料，其体积容量密度几乎是商业介孔硬碳微球的两倍；在大电流充放电情况下，该材料也表现出了高的比容量和优异的循环稳定性。在Na电池中，该材料同样拥有较高的比容量和不错的循环性能。论文发表在J.Am.Chem.Soc.上。

研究人员还探索了超盐环境下如何直接制备树脂基碳气凝胶的新途径，并研究碳气凝胶的性能以及在环境处理等领域的应用。为了避免纳米孔道的塌陷，就必须需要采用特殊的干燥方法。因此，要实现碳气凝胶的实际应用，关键在于开发廉价、简便的宏量制备方法。为实现这一目标，研究人员开发了盐作为三维硬模板直接制备酚醛碳气凝胶的方法。该方法提供了一种简单直接的制备碳气凝胶的新思路，从单体直接在超盐环境下聚合、碳化制备碳气凝胶从而绕过了有机气凝胶的制备步骤，整个过程只需自然干燥即可。该工作被选为热点论文和后封面论文发表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

  （合肥微尺度物质科学国家实验室  化学与材料科学学院  科研部）