杨维清、张海涛：通过分子剪刀剪切策略实现不同维度碳纳米材料的可控化构建

yidongka

碳纳米材料对于现代科技技术的发展至关重要。纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和碳量子点因其独特的电学、力学、光学、热学和化学性质受到越来越多的关注，这些独特的性质为能源、传感以及环境修复等领域的发展铺平了道路。目前，分子水平的可控构建被认为是影响碳纳米材料结构的关键因素之一。众所周知，表面工程是一种提高碳纳米材料性能并拓展其应用领域不可或缺的基础手段。遗憾的是，目前还没有一种简便和通用的方法来定制具有理想特性的不同尺寸的碳纳米材料。本文提出的分子剪刀剪切策略不仅在分子水平上成功实现不同维度碳纳米材料的可控化构建，而且为碳材料的革新作出巨大的贡献。

       近日，材料学院杨维清教授课题组在碳纳米材料领域中取得了重要进展，以西南交通大学为第一单位取得的研究成果在国际著名期刊Nano Today (IF=16.907)上发表。Nano Today是世界年发文量少、纳米科技行业的顶级期刊。该成果得到了国家自然科学基金、西南交通大学和材料学院的大力支持。
       在纳米能源与功能器件团队杨维清教授、张海涛副教授及加州大学洛杉矶分校陈俊教授的共同指导下（通讯作者），材料学院2018级硕士生王庆通过分子剪刀剪切策略实现不同维度碳纳米材料的可控化构建，并对它的裁剪机理进行了详细的阐述。不同于目前广泛研究的表面修饰技术，他们采用分子剪刀打开碳材料的表面，实现分子尺度上的裁剪。在一定的温度条件下，锌蒸气和镁蒸气会进入碳材料的内部，一旦遇到二氧化碳就会形成一把分子剪刀，进而实现碳纳米材料的可控裁剪。测试表明，分子剪刀作用下的碳纳米材料不仅拥有高的比表面积，而且拥有适宜的孔径分布。在PVA/Na2SO4凝胶电解质体系中，器件展现出4.63 mWh cm–3的能量密度（对应功率密度为3520 mW cm–3）。研究者相信，此项研究提出的分子剪刀剪切策略一方面将会为碳纳米材料的革新提供借鉴意义，另一方面将会促进能量存储、传感和环境修复等领域的发展。该研究成果以“Tailoring Carbon Nanomaterials via a Molecular Scissor” 为题发表在Nano Today上。（DOI: 10.1016/j.nantod. 2020. 101033）
论文链接: https://www.sciencedirect.com/sc ... 2036?dgcid=coauthor

图1. 分子剪刀实现不同碳纳米材料的裁剪。

图2. 分子剪刀实现不同维度碳纳米材料的可控构建。

图3. 分子剪刀作用不同维度碳纳米材料的电化学性能。

         团队介绍：
        杨维清，西南交通大学材料科学与工程学院教授/博导，四川省第十二届政协委员，四川省杰出青年，2007和2011年分别获得四川大学硕士和博士学位，2011-2014年先后在电子科技大学和美国佐治亚理工学院从事博士后， 2014年4月引进到西南交通大学材料学院教授博导，主要从事纳米能源材料与功能器件的应用基础研究。近年来，在Adv. Mater.（IF: 27.398）, ACS Nano (IF: 14.588），Nano Lett.（IF: 11.238）, Adv. Funct. Mater. (IF: 16.836) 等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计170余篇，其中影响因子IF>10论文50余篇，ESI高被引论文15篇，引用6300余次(Google Scholar)。主持国家自然基金、四川省杰出青年基金项目、教育部留学回国人员启动基金项目等多项省部级项目，担任科技部重大研发计划项目会评专家和国家科技奖评审专家。申请专利40余项(已授权18余项)。所做的工作被美国知名网站美国国家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒体专题报道，受到法国路透社，中国科学网、中国储能网、中国网、新华网、人民网、凤凰网等多家国内外媒体关注。也是Newscientists（科技媒体世界排名第一，见百度）首次报道西南交通大学的科研工作。相关科研成果在北京科技展和中关村科技展上，受到国务院副总理刘延东、中科院院长白春礼院士和中科院北京分院院长何岩院士的高度评价，受邀参加中国国际广播电台名人坊节目专访。课题组网站：https://faculty.swjtu.edu.cn/yangweiqing/zh_CN/index.htm