碳納米材料因其優異的導電性、化學穩定性以及獨特的微觀結構在工業生產中表現出巨大潛力，一般通過低蒸氣壓天然產物或碳化合成聚合物制備，這種制備過程存在明顯的缺點，例如難設計所得產物的微觀結構和化學組成，聚合過程復雜緩慢。
到目前為止，如何低成本、高度可控可大規模制備所需成分和結構的碳納米材料仍是一項巨大的挑戰。來自中國科學技術大學的Yu Shuhong教授和 Liang Haiwei教授領導的研究團隊提出了一種簡單方法，通過過渡金屬催化碳化小有機分子（SOMs）制備一系列功能性CMs。該研究結果發表于《Science Advances》，文章標題為《Transition metal-assisted carbonization of small organic molecules toward functional carbon materials》（過渡金屬催化小有機分子碳化制備功能性碳材料）。小有機分子作為制備CMs的前驅體有一些明顯的優點，例如來源廣、成本低以及含有各類元素。此前關于SOM轉化為CMs工作的合成條件非常苛刻，例如高溫密閉熱解、化學氣相沉積或基于鹽熔體的離子熱碳化，因為SOM在評估溫度下的高揮發性。為了解決這個問題，由Yu Shuhong 教授和Liang Haiwei教授領導的研究小組開發了一種過渡金屬催化SOMs碳化方法。過渡金屬可以催化優先形成熱穩定的中間聚合物結構，避免加熱過程中SOMs的直接升華，保障了具有高碳產率的CM的成功制備。研究人員已發現15種小有機分子（SOMs）和9種過渡金屬（TMSs）可分別用于碳前體和催化劑。此外，該方法可使用兩種硬質模板來增強所得CMS的孔隙率。
種種研究表明，這是一種簡單、高效通用的制備CMs的方法。制備的CM表現出三種不同的突出微觀結構（包括竹狀多壁碳納米管、微米級納米片和不規則顆粒）這些結構高度依賴于SOM的分子結構。此外，CM具有高比表面積、大孔體積、豐富的雜原子以及高度石墨結構的特點，顯示出非均相催化的顯著應用潛力。例如乙苯的選擇性氧化和硝基苯的催化加氫；電催化反應，如析氫反應和氧還原反應。這項工作為合成特定成分和結構的CM開啟了新思路。
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