近年來，合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室納米材料與化學研究部俞書宏教授領(lǐng)導的課題組在低溫水熱碳化生物質(zhì)制備功能性碳基材料方面的研究取得顯著進展。

在國家自然科學基金委重點基金、中國科學院-德國馬普學會伙伴小組計劃等項目的資助下，該課題組利用水熱碳化方法和在化學反應和結(jié)構(gòu)設計基礎上，以簡單的植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質(zhì)為原料，成功制備出一系列多種功能化、高活性的碳基功能納米結(jié)構(gòu)材料，相關(guān)一系列論文發(fā)表在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small、Chem. Mater.、Chem. Commun.、Langmuir等國際期刊上。其中該課題組有關(guān)生物質(zhì)水熱碳化制備高活性富碳納米功能材料的一系列工作已引起國際關(guān)注，最近應邀撰寫觀點透視綜述論文，并以封面形式發(fā)表在Dalton Trans. 2008, (40), 5414-5423上，英國皇家化學會（RSC）網(wǎng)站以“Dalton Transactions highlights nanomaterials for energy solutions”和“Nanotubes from biomass: Hydrothermal Carbonization”為題予以報道。

    多功能碳基材料由于其在催化劑載體、固碳、吸附劑、儲氣、電極、碳燃料電池和藥物傳遞等領(lǐng)域潛在的重要應用，使其合成技術(shù)研究成為一個熱門課題。目前研究的重點已經(jīng)從化石燃料轉(zhuǎn)變到以生物質(zhì)作為原料合成碳基材料，同時也有望為合理利用過剩的生物質(zhì)、為儲存碳能源和避免直接焚燒對環(huán)境的嚴重污染等提供新的解決方案。該課題組利用直接或催化的水熱碳化方法，成功實現(xiàn)了植物秸桿、莖葉和碳水化合物等生物質(zhì)的低溫碳化并成功制備了一系列形態(tài)和結(jié)構(gòu)可控的功能化碳基納米結(jié)構(gòu)材料，重點研究了其控制生長和表面活化過程。研究發(fā)現(xiàn)，由非晶態(tài)纖維素組成的軟質(zhì)的植物組織主要產(chǎn)生球狀碳納米顆粒，它們的尺寸很小，孔隙主要是間隙孔隙；由固定結(jié)構(gòu)的晶態(tài)纖維素組成的硬質(zhì)植物組織，能夠保留外部形狀以及大范圍內(nèi)宏觀和微觀結(jié)構(gòu)特征，在納米尺度上產(chǎn)生了顯著的結(jié)構(gòu)變化，形成介孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時，利用碳水化合物能夠控制合成出具有特殊形態(tài)和結(jié)構(gòu)的碳基納米材料、多孔碳材料及復合材料，諸如納米球、納米纖維、亞納米線、亞納米管、納米電纜和核殼結(jié)構(gòu)等，而且富含能顯著改善其親水性和化學活性的官能團。所制備的碳基材料和復合材料具有優(yōu)異的固碳效率、催化性質(zhì)和電學性質(zhì)，在固碳，色譜分離、催化劑載體和電極材料、氣相選擇吸附劑、藥物傳遞等領(lǐng)域具有潛在的應用前景。

目前，該課題組正著力研究水熱碳化過程機理和進一步提高碳化效率，為高效制備一系列多功能化、高活性碳基納米結(jié)構(gòu)材料及實際應用打下基礎。