碳材料在各种先进应用中发挥着举足轻重的作用，但其合成传统上需要在惰性气氛中进行，以避免高温氧化，从而增加了生产成本和资源利用率。通过空气热解实现功能性多孔碳材料的精确合成仍然是一项艰巨的挑战。
本文，四川大学
Hai-Bo Zhao等研究人员在
《
ADVANCED
FUNCTIONAL M
ATERIALS》期刊
发表名为“
Air-Pyrolysis Prec
ision Synthesis of Functional Porous Carbon Materials
”的
论文，
研究
介绍了一种简化的、一步式熔岩类碳化方法，通过在空气环境中直接热解，制备出具有定制形态（0-3D）、高比表面积（540.7-1047.6 m2g-¹）、杂原子掺杂和可观碳产率（20-39.1%）的多孔碳。
利用可回收的硼酸作为反应介质，可在 170 °C 以上产生熔岩状流动保护屏障，自发形成无氧环境，无需高压或复杂的程序。这种含硼熔岩既是模板又是化学活化剂，可促进孔隙形成并催化多孔碳的生成。值得注意的是，该方法适用于各种碳源，包括糖、蛋白质、氧化石墨烯及其金属混合物。由此产生的形态可定制的碳在微波吸收和电催化等不同领域表现出卓越的性能。这项研究开创了在温和条件下通过空气热解大规模精确合成高质量碳材料的新途径。
图1、多孔碳的空气热解精密合成示意图 （a） 和机理 （b）。
图2、六种多孔碳材料的形态和结构表征。
图3、多维材料的形态和结构表征。
图4、在空气中热解过程中形成多孔碳的机制。
图5、可控形态多孔碳的应用演示。
总之，我们的研究揭示了一种简化而稳健的方法，可通过在空气环境中直接热解来制造具有定制形态、较高比表面积、分层孔隙结构、杂原子掺杂和可观碳产量的多孔碳。这种方法利用了硼酸的低温熔融作用，硼酸的作用是多方面的，包括封装碳前驱体以产生高粘度玻璃相、防止空气氧化、作为多孔碳生成的多功能模板、掺杂剂、化学活化剂和催化剂。值得注意的是，这种技术无需复杂的化学试剂和繁琐的合成程序。硼酸可以毫不费力地在环境空气中回收和循环利用，使整个过程具有可持续性和成本效益。我们的研究成功地将包括糖、蛋白质、金属汞合金等在内的各种碳源转化为具有精确形态控制的优质多孔碳。此外，这些多孔碳材料在吸波（RLmin=-85.6dB）和电催化（η50= 290mV）等应用领域展现出巨大潜力。这种空气热解精密合成优质多孔碳的方法因其简便、高效和经济可行而脱颖而出，有望在工业领域得到广泛应用。
文献：
https://doi.org/10.1002/adfm.202415006
