微納結構炭纖維研究取得新進展

  微納結構炭纖維在能源、環境、催化、吸附和分離等領域具有廣泛的應用前景，是近年來材料科學的研究熱點。目前，靜電紡絲法是構築一維炭纖維材料的最有效方法之一。然而，該法的制備工藝繁瑣，而且在制備聚合物纖維前驅體過程中經常需要消耗大量有毒的或腐蝕性的有機溶劑。因此，如何實現微納結構炭纖維材料的簡單而高效的綠色化制備，是當今材料科學領域的一個重要科學問題。

  最近，我院梁業如博士生、吳丁财副教授（通訊作者）和符若文教授發現天然蠶繭的蠶絲在高溫炭化過程中不僅可以保持一維的電紡纖維狀微觀形貌，還可在納米尺度上原位炭化裂解成納米球進而形成三維納米網絡炭骨架，由此提出一種有趣的微納炭纖維制備方法，即蠶繭直接炭化法。利用該法所得微納結構炭纖維材料（直徑約為6 μm）的一維炭骨架具有如下獨特的三維納米網絡結構特征：網絡單元為富含微孔（< 2 nm）的10~40 nm炭納米球，網絡單元之間相互堆疊形成豐富的中孔（2～50 nm）和大孔（>50 nm），各層次納米孔道緊密相連。值得指出的是，該法完全避免了傳統的炭納米網絡結構制備法所需的繁瑣工藝(例如，溶膠化、凝膠化和超臨界幹燥等)。由于具有獨特的微納結構形貌、發達的層次孔結構、以及豐富的含氮官能團等特性，此類微納結構炭纖維材料可直接作為優異的超級電容器免粘結電極材料，還可作為優良的有機蒸汽吸附劑。相關研究成果最近發表在Nature集團新刊《Scientific Reports》上，題為“Carbon Microfibers with Hierarchical Porous Structure from Electrospun Fiber-Like Natural Biopolymer”（Yeru Liang, Dingcai Wu*, Ruowen Fu. Scientific Reports, 2013, 3, 1119）。