原标题：多孔碳材料分子设计的三种方法

多孔固体分子设计在过去二十年里中取得了巨大的成功。得益于其独特的性质，多孔碳材料(尤其是活性碳 )由于其独特的性质已可作为分离介质持续使用。这篇发表于Elsevier旗下期刊Materials Today的文章探讨了三种分子的设计方法，为今后的研究提供了新思路。

第一种：

无定形碳骨架“自下而上”法

首先是离子液体方法。Dai等人的研究证明，通过合适的合成功能性离子液体的初期形式可以热合成碳参杂的纳米多孔碳。可在 ILS 中加入腈类，在高温条件下可以进行交联反应。在这个假设下，IL 的结构信息可以转移到碳材料中。

其次是手性前体法。Fuchs 等研究者通过手性氨基酸的甲基化制备手性咪唑鎓结构( CIL )，以共晶盐熔体中 CIL 的碳化得到了手性含碳材料。在热处理和除硅之后，初始纳米晶体纤维素的手性性质基本上保留在最终的介孔碳中。

研究人员还尝试使用分子构建块的凝聚与协调反应法。方法中所用到的间苯二酚-甲醛溶胶的凝胶缩聚主要用于纳米材料的合成。研究中主要采用超临界、冷冻或真空干燥法，对碳微观结构和孔隙度进行修改，形成产生气凝胶、低温凝胶或干凝胶。但是苯酚和间苯二酚具有毒性，因此找到无害的替代品是今后研究的方向。

还有石墨烯、石墨烯氧化、还原石墨烯氧化物和剥离石墨烯，都它们是制备夹心状二维碳材料的理想2D 模板。在生成的2D 碳材料中引入微/介孔结构可以使比表面积增大，提高电解质的渗透性，有利于离子/电子传输，从而进一步改善电化学性能。不得不提的是，功能化石墨烯作为模板不仅可以合成2D 多孔碳，而且还可以合理控制不同原子成分、孔隙结构和厚度。

第二种：

对结晶含碳材料的“自下而上”法

研究人员还尝试用低温实现高结构控制和结晶含碳骨架材料的合成，例如共价有机框架( COFs )。在完全碳连接的2D 共轭共焦中，研究人员成功开发了Knoevenagel 缩合反应，使其与宏观晶域为100μ m(2DPV-1in )。另一个例子是在400° C 高温下，芳香族亚硝酸盐的自缩合反应形成结晶多孔共价三嗪框架(CTFs)。这种连接的优点是，可以使微孔的框架在水中具有很高的稳定性。

研究人员还发现，基于利用溶液或表面辅助的方法，可以产生不同的石墨烯纳米带GNRs。在超高真空条件下，硫磺、硼或氮掺杂的 GNRs和异质结构也已被证实。这些方法也适用于高真空和环境压力中，使GNRs价格优廉的同时还具有高吞吐量。

第三种：

从结晶性无机材料开始的“自上而下”法

金属有机框架(衍生碳MOF)是一种结晶多孔材料，该结构具有高比表面积、明确的孔径分布和可调谐的化学结构。很多MOFs已被证明拥有光明前景，用于在气体吸附、催化、能源和环境相关领域生产高孔隙率碳。

Lars Borchardt, Qi-Long Zhu, Mirian E.Casco, R

einhard Berger, Xiaodong Zhuang, Stefan Kaskel, Xinliang Feng, 和QiangXu探究的这三种方法具有很宝贵的研究意义。

尽管这个领域尚处于起步阶段，但这些材料的应用领域非常广泛：液态和气态污染物的吸附分离、能量转换、超级电容器、锂电池、锌空气电池等等。在计算机等工具的辅助下，对于分子含碳材料领域的探索和筛选将有长远的发展和进步，让我们拭目以待。

英文原文作者：

Lars Borchardt, Qi-Long Zhu, Mirian E.Casco, Reinhard Berger, Xiaodong Zhuang, Stefan Kaskel, Xinliang Feng, Qiang Xu

英文原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702117302043?via%3Dihub

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