多孔碳材料具有高表面(miàn)積、孔結構可調、化學(xué)及物理性能(néng)穩定、原料豐富易得等優點，在氣體或液體的吸收、分離、能(néng)源催化、及電存儲等領域應用廣泛。然而，與多孔金屬、多孔聚合物等材料不同，一方面(miàn)因碳材料鍵的極性較弱，導緻超親水多孔碳材料制備困難；另一方面(miàn)，傳統有機軟模闆複合無機矽硬模闆的雙模闆法在制備多孔碳材料時存在蝕刻犧牲模闆、孔結構層級有序可控難等缺點。

　　前期，受自然界植物本體結構的啓發(fā)，中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室的先進(jìn)碳基薄膜技術研究團隊，利用有胚植物界植物的葉、莖、種(zhǒng)子作爲模闆，通過(guò)酚醛樹脂溶液浸泡複合後(hòu)續熱處理，提出了獲得系列超親水（接觸角接近0°）仿生多孔碳材料的制備新方法（發(fā)明專利：201610986468.1），且該類材料在大氣環境下的超親水特性可長(cháng)時間穩定（超過(guò)50天）。

楓葉（a-b）、白菜(c-d)、松木(e-f)等作爲硬模闆制備仿生多孔碳材料的前後(hòu)結構對(duì)比

　　近期，團隊進(jìn)一步與韓國(guó)科學(xué)技術研究院（KIST）材料計算研究中心合作，通過(guò)特殊設計的雙模闆法，實現了具有大孔-介孔層次有序結構的多孔碳材料制備，該材料具有優異的親水性能(néng)和可控導電性。研究人員使用PET無紡布作爲硬模闆，嵌段聚合物F127作爲軟模闆，酚醛樹脂作爲碳源，經(jīng)過(guò)碳化，無紡布纖維分解産生了大孔通道(dào)，同時纖維表面(miàn)的酚醛樹脂成(chéng)爲碳骨架，其中的嵌段聚合物分解産生介孔結構。碳化後(hòu)的酚醛樹脂爲親水材料，大孔結構提供了水分運輸的通道(dào)，介孔結構進(jìn)一步增加了水與固體表面(miàn)的接觸面(miàn)積，使得水在其表面(miàn)迅速鋪展并滲透。此外，調節碳化工藝參數，實現了導電性能(néng)的大幅調控。例如，在600 °C碳化1 min的多孔碳材料電阻率爲5.43×103 Ωm，但在900 °C碳化60 min後(hòu)電阻率急劇低至3.50×10-3 Ωm。此外，因多孔結構大比表面(miàn)積利于溶液中導電粒子與材料的接觸，研究人員發(fā)現該多孔碳材料在檢測甲醇濃度時具有極高靈敏度。當甲醇溶液濃度從2 Mol/L增加至5 Mol/L，溶液電阻率從5.04 Ωm增加至 1.27×102 Ωm，變化約27倍，遠高于現有文獻報道(dào)的靈敏度。這(zhè)一結果爲發(fā)展水介質環境的高靈敏檢測材料技術提供了新的設計思路。

雙模闆法制備多孔碳材料示意圖、及多孔碳材料的形貌圖

具有不同多孔結構的材料潤濕性随時間變化

多孔碳材料用于H2O2檢測的示意圖，及不同孔結構在不同甲醇溶液濃度中的電阻變化

　　上述研究工作近期發(fā)表在Advance Engineering Materials, 00(2017)1700608，(DOI: 10.1002/adem.201700608）雜志上，并被(bèi)Advanced Science News作爲亮點新聞給予了報道(dào)（http://www.advancedsciencenews.com/hierarchically-porous-carbon-fabric-highly-sensitive-electrochemical-sensors/）。論文第一作者爲博士生焦圓，中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室的汪愛英研究員和韓國(guó)科學(xué)技術研究院的Myong-Woon Moon研究員爲共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家基金委優秀青年基金（51522106）、國(guó)家留學(xué)基金委（201504910643）等項目的資助。

（表面(miàn)工程事(shì)業部/海洋重點實驗室 焦圓）