茶匙中的足球场：新型材料具有惊人的表面积

研究人员利用火箭科学原理，创造出了表面积破纪录的碳材料。这种材料可以吸收的二氧化碳量是目前活性炭材料的两倍，而且具有惊人的储能能力。

在康奈尔大学，博士后研究员尼古拉斯-查尔姆佩斯（NikolaosChalmpes）正在以一种不同的方式利用双酚反应。他利用各种化学物质结合时释放出的强大力量制造材料。

康奈尔大学教授埃马纽埃尔-吉安内利斯（EmmanuelGiannelis）认为，这种技术可能有助于增加碳的孔隙率，从而提高碳的表面积，使其更善于储存能量和捕捉二氧化碳，于是他开始与查尔姆佩斯合作进行一项新的研究。

该研究的第一作者Chalmpes说："我试图了解如何利用和控制这些尚未探索的反应来合成各种碳纳米结构，在调整了各种参数之后，我发现我们或许能够实现超高孔隙率。在此之前，这些反应只用于火箭和飞机系统，以及深空探测器的推进和液压动力。"

在其他科学家团队的帮助下，两人取得了成功。他们创造出的碳的表面积达到了惊人的每克4800平方米，他们说，这大致相当于把一个足球场的大小整齐地包装到一个茶匙上。"据我们所知，这个面积值是文献报道的最高值，"研究人员在他们的研究报告中写道，该报告已发表在《ACSNano》杂志上。

这种材料成功的关键在于高碳醇反应生成的碳管具有高浓度的分子环，这些分子环由五个碳原子而不是通常的六个碳原子构成。这改变了分子键的角度，增加了碳管的稳定性。

在反应过程中，管子沿着研究人员创建的模板自行组装，以形成结构形式。最后，将生成的结构涂在氢氧化钾上，氢氧化钾会洗去不太稳定的结构，并留下数以千计的微孔。

Giannelis说："当进行这种非常快速的反应时，就会产生一种完美的情况，即系统无法松弛并进入其最低能量状态，而这在通常情况下是可以做到的。由于高热反应的速度，可以捕捉到材料的陨变构型，而这是正常反应的缓慢加热所无法实现的。"

材料制成后，研究人员对其进行了测试，观察它能从大气中封存多少二氧化碳。结果表明，在短短两分钟内，它就能捕获其总容量的99%，这一产量几乎是目前活性炭产品的两倍。此外，它的储能能力是市售活性炭的四倍，体积能量密度为每升60瓦时。

Chalmpes说："这种方法为设计和合成适用于超级电容器的吸附剂、催化剂载体和活性材料的碳基材料提供了另一种策略，特别是在要求空间效率的应用中。此外，超醇化反应的独特实验条件为设计和合成性能更强的电催化剂提供了另一条途径。"