以下文章来源于AMR材料研究述评 ，作者AMR
浙江大学王勇教授团队的AMR述评文章 “Morphological Control of Biochar with Emerging Functionalities by Thermodynamic and Kinetic Approaches” 在线发表。文章总结了低温水热对多功能生物炭材料形貌与结构调控的热力学与动力学方法，聚焦材料的自组装过程以及在应用中的构效关系，同时对该领域未来的的机遇与挑战进行了展望。
关键词：生物质，多功能炭材料，形貌调控，自组装，低温水热法
基于热力学与动力学方法，从可再生碳源出发制备具有可控形貌和结构的多功能炭材料。
文章内容简介
具有可控形貌和结构的功能炭材料的制备在材料化学领域一直占据着重要的地位，因此找到一种简单高效且经济环保的合成方法具有重要的意义。借鉴自然界中生物化石能源的形成过程，水热法被开发用于功能生物炭材料的合成。水热合成的生物炭表面含有大量的极性官能团，并可以通过不同温度煅烧控制官能团的数量，极大地拓展了材料的应用范围。然而传统水热法因其反应温度高，反应物之间组装能力弱，模板的热不稳定性以及复杂的后处理过程限制了其进一步发展，因此如何控制水热过程中聚合物的组装以及最终材料的形貌是一个亟需解决的问题。鉴于此，浙江大学王勇团队开发出一系列方法，得到大量具有特定形貌的功能生物炭材料。
本篇综述基于该课题组的工作总结了生物炭材料水热合成的最新进展，主要包括（1）通过动力学控制的软模板策略制备有序多孔材料；（2）通过聚合物/聚电解质辅助改良的水热法简单高效得到单分散纳米颗粒及其超结构；（3）通过控制堆积参数或利用模板性质（e.g., 模板的热不稳定性）实现材料的不对称组装和各向异性生长。最后，介绍了生物炭材料在不同领域的应用，并对其未来可能遇到的机遇与挑战进行了展望。
NO.1
AMR：请问您选择该领域的初心是什么？
作者团队：
生物质作为可再生原料的使用符合绿色化学的概念。除了生物炭的可持续性外，将生物质转化为功能材料也为提高制造产品的价值提供了有效途径。同时从生物质到功能材料的合成过程中有许多有趣的科学问题值得去发现并解决。团队也将持续探索以生物质及其衍生物为基础合成具有可控形态、多孔结构和功能表面炭材料的新型绿色方法。
NO.2
AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！
作者团队：
目前合成特定结构的生物炭材料基本以小分子（e.g., 单糖）作为前驱体，相比于大分子生物质，小分子的水热炭化温度更低，反应过程更可控。但在自然界中大量的生物质都以聚合物的形态出现，比如纤维素、木质素、动物脂肪等。发展大分子生物质到功能材料的高效反应途径具有重要意义，这将对未来生物废弃物的处理方法提供新的可能。
回到水热反应本身，水热炭化是一个极其复杂的反应过程，中间涉及到很多复杂的化学反应，至今人们对其真实的反应过程仍不太了解。因此我们需要找到可以对其反应过程进行监测的手段，同时发展出新的理论模型对其进行评估和预测，揭开这个黑盒反应的神秘面纱。
NO.3
AMR：请问您对该领域的人才培养有何种倡议？
王勇教授：
材料合成特别是自组装合成领域还没有一套成熟的理论来指导我们合成特定的材料，但这并不意味着材料合成是一项经验性的工程，相反我们需要去阅读各个领域的文献学习他们所提出的不同材料合成的机理，而不仅仅是说我做炭材料只看炭材料文献，做二氧化硅只看二氧化硅的文献。在没有明确理论指导的情况下我们更要集百家之长，融会贯通。
其次如何评估我们合成的材料是否具有实际的应用价值，是一个值得我们思考的问题。这就要求我们在设计材料时需要从实际的某个应用点出发，根据应用的需求来合成理想的材料，而不是盲目地合成新材料，特别在能源资源日益短缺的今天，这样的思考更具有实际意义。
作者团队简介
浙江大学化学系
教授 王勇
王勇，浙江大学化学系教授，博士生导师，催化研究所所长。国家重点研发计划项目首席科学家，国家优秀青年基金获得者。作为项目负责人先后承担多项国家及省部级项目，如国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目以及浙江省杰出青年基金和重点基金等项目。在Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文160余篇，SCI引用17200余次，H-index 58。获授权国家发明专利40余件。2020，2021年连续入选科睿唯安“全球高被引学者”名单，研究成果荣获2020年度中国石油与化学工业联合会“发明特等奖”及浙江省科学技术奖-技术发明一等奖。课题组致力于多功能生物炭材料的绿色合成以及工业催化剂的研发，特别是基于多孔炭及金属氧化物的负载型工业催化剂的开发及相关反应机理的研究，所研发的多个催化剂在工业上得到应用, 产生了显著的经济和社会效益。
浙江大学化学系
博士后 汤晨阳
汤晨阳，浙江大学化学系博士后。2015年于英国伯明翰大学和北京化工大学同时获得学士学位。2020年于英国纽卡斯尔大学化工学院Ian Metcalfe教授课题组获得博士学位并留组任博士后，其间学习新型多相催化材料的研发。2021年加入浙江大学化学系王勇教授课题组任博士后，目前着重于选择性催化加氢。
香港理工大学
博士后 陈春红
陈春红，2019年于浙江大学获得博士学位，导师为王勇教授。2019-2020年，就职于韩国基础科学研究院，师从Rodney S. Ruoff 教授。2020年至今，香港理工大学PDFS资助博士后。主要围绕生物碳基纳米材料微纳结构调控及应用，在构筑中心不对称的碳基纳米材料、多酸单分子碳基复合物催化剂等方面开展了深入系统的研究工作。以第一（共一）作者、通讯作者发表SCI论文10余篇，获授权专利3项。
浙江大学化学系
博士研究生 张燮
张燮，2021年毕业于浙江大学，获学士学位。于2021年加入浙江大学化学系王勇教授课题组攻读博士学位。目前的主要研究方向为功能生物炭材料的制备。
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Morphological Control of Biochar with Emerging Functionalities by Thermodynamic and Kinetic Approaches
Xie Zhang, Chunhong Chen*, Chenyang Tang, and Yong Wang*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00012
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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