Les matériaux carbonés (CM) ont un grand potentiel dans l'industrie en raison de leur conductivité électrique élevée, bonne stabilité chimique, et microstructure unique. Traditionnellement, Les CM ont été préparés par carbonisation de produits naturels à basse pression de vapeur ou de polymères synthétiques. Mais ils souffrent de certains inconvénients distincts, telles que la difficulté d'adapter les microstructures et les compositions chimiques des produits obtenus, ou des procédés de polymérisation compliqués et lents. Jusqu'à maintenant, développer une solution à faible coût, méthode hautement contrôlable pour la préparation de CM avec les constituants et les structures souhaités à grande échelle.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Yu Shuhong et le professeur Liang Haiwei de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) propose une méthode simple pour préparer une série de CM fonctionnels à partir de petites molécules organiques (SOM) par un métal de transition assisté processus de carbonisation. Ce travail a été publié dans Avancées scientifiques intitulé « La carbonisation assistée par métal de transition de petites molécules organiques vers des matériaux carbonés fonctionnels ».

Les petites molécules organiques (SOM) en tant que précurseurs pour la préparation des CM présentent des avantages distincts, comme la disponibilité commune, coût relativement bas, et diverses espèces d'éléments avec des contenus variés. Les efforts précédents sur la transformation des SOM en CM reposaient sur des conditions de synthèse difficiles, par exemple. pyrolyse en réacteurs scellés, dépôt chimique en phase vapeur, ou carbonisation ionotherme à base de sels fondus, en raison de la forte volatilité des MOS aux températures évaluées. Pour remédier à ce, le groupe de recherche dirigé par le professeur Yu Shuhong et le professeur Liang Haiwei a développé une méthode de carbonisation assistée par métal de transition des MOS. Les métaux de transition peuvent catalyser la formation préférentielle de structures polymères intermédiaires thermiquement stables et ainsi éviter la sublimation directe des SOM lors du processus de chauffage, qui garantit la réussite de la préparation de CM à haut rendement en carbone. Les chercheurs ont découvert que 15 SOM et 9 TMS peuvent être utilisés comme précurseurs et catalyseurs du carbone, respectivement, pour la préparation des CM. Outre, deux modèles durs peuvent être utilisés dans la méthode pour améliorer la porosité du CMS obtenu. Les résultats de la recherche indiquent que la méthode est une méthode simple, efficace, et méthode polyvalente pour préparer les CM.

Le CM préparé présentait trois microstructures proéminentes différentes (y compris un nanotube de carbone à parois multiples ressemblant à du bambou, nanofeuillets micrométriques et particules irrégulières) qui dépendaient fortement des structures moléculaires des SOM. Outre, les CM possédaient des surfaces spécifiques élevées, grands volumes de pores, des hétéro-atomes abondants ainsi que des structures fortement graphitiques. Par conséquent, le CM a montré un potentiel d'application significatif pour la catalyse hétérogène, par ex. oxydation sélective de l'éthylbenzène et hydrogénation du nitrobenzène; et électrocatalyse, par exemple. réaction de dégagement d'hydrogène et réaction de réduction de l'oxygène. Ce travail ouvre une nouvelle fenêtre pour la synthèse des CM avec les constituants et les structures souhaités.