Os materiais de carbono (CMs) têm grande potencial na indústria devido à sua alta condutividade elétrica, boa estabilidade química, e microestrutura única. Tradicionalmente, Os CMs foram preparados pela carbonização de produtos naturais de baixa pressão de vapor ou polímeros sintéticos. Mas eles sofrem de algumas desvantagens distintas, tais como dificuldade em adaptar as microestruturas e composições químicas dos produtos obtidos, ou processos de polimerização complicados e lentos. Até agora, tem sido um desafio significativo desenvolver um sistema de baixo custo, método altamente controlável para preparar CM com os constituintes e estruturas desejados em grande escala.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Yu Shuhong e Prof. Liang Haiwei da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) propõe um método simples para preparar uma série de CMs funcionais a partir de pequenas moléculas orgânicas (SOMs) por um metal de transição assistido processo de carbonização. Este trabalho foi publicado em Avanços da Ciência intitulado "Carbonização assistida por metal de transição de pequenas moléculas orgânicas em direção a materiais de carbono funcionais."

Pequenas moléculas orgânicas (SOMs) como precursores para a preparação de CMs têm algumas vantagens distintas, como disponibilidade comum, custo relativamente baixo, e diversas espécies de elementos com vários conteúdos. Esforços anteriores na transformação de SOMs em CMs dependiam de condições de síntese adversas, por exemplo. pirólise em reatores selados, deposição de vapor químico, ou carbonização ionotérmica baseada em fusão de sal, devido à alta volatilidade dos SOMs nas temperaturas avaliadas. Para endereçar isto, o grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Yu Shuhong e Prof. Liang Haiwei desenvolveu um método de carbonização assistida por metal de transição de SOMs. Os metais de transição podem catalisar a formação preferencial de estruturas poliméricas intermediárias termicamente estáveis ​​e, assim, evitar a sublimação direta de SOMs durante o processo de aquecimento, o que garante o sucesso na preparação de MCs com alto rendimento de carbono. Os pesquisadores descobriram que 15 SOMs e 9 TMSs podem ser empregados como precursores e catalisadores de carbono, respectivamente, para preparar CMs. Além do mais, dois modelos rígidos podem ser usados ​​no método para aumentar a porosidade do CMS obtido. Os resultados da pesquisa indicam que o método é simples, eficaz, e método versátil para preparar CMs.

O CM preparado exibiu três microestruturas proeminentes diferentes (incluindo nanotubo de carbono de paredes múltiplas como o bambu, nanofolhas de tamanho micrométrico e partículas irregulares) que eram altamente dependentes das estruturas moleculares dos SOMs. Além do mais, os CMs possuíam altas áreas de superfície específicas, grandes volumes de poros, abundantes heteroátomos, bem como estruturas altamente grafíticas. Como resultado, o CM mostrou potencial de aplicação significativo para catálise heterogênea - por exemplo. oxidação seletiva de etilbenzeno e hidrogenação de nitrobenzeno; e eletrocatálise, por exemplo. reação de evolução de hidrogênio e reação de redução de oxigênio. Este trabalho abre uma nova janela para a síntese de MCs com constituintes e estruturas desejadas.