二维炭基多孔材料的合成及应用

贺雷 张向倩 陆安慧

引用本文: 贺雷,  张向倩,  陆安慧. 二维炭基多孔材料的合成及应用[J]. 物理化学学报, 2017, 33(4): 709-728. doi: 10.3866/PKU.WHXB201612201 shu
Citation:  HE Lei,  ZHANG Xiang-Qian,  LU An-Hui. Two-Dimensional Carbon-Based Porous Materials: Synthesis and Applications[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(4): 709-728. doi: 10.3866/PKU.WHXB201612201 shu

二维炭基多孔材料的合成及应用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21225312,21403027,21506022)资助项目

摘要: 二维材料是指厚度在纳米尺度,且在两个维度(长和宽)具有较大尺寸的材料。与块体材料相比,二维材料最大的特点是具有极高的表面/体积比,有利于传质、传热和离子扩散,因而在吸附、催化以及储能等领域有广泛的应用。近年来,随着石墨烯引发的二维材料研究浪潮,二维炭基多孔材料成为全世界关注的研究热点。而二维炭基材料的孔结构是影响其性能的关键因素。本文介绍了近年来二维炭基多孔材料的合成方法,包括炭纳米片及炭-无机复合纳米片的制备,讨论了制备条件对材料孔结构的影响。在此基础上,着重介绍了二维炭基材料在吸附、多相催化及储能方面的应用。最后,对新型炭基二维材料开发中仍存在的关键科学问题进行了总结和展望。

English

    1. [1]

      Novoselov, K. S.; Falko, V. I.; Colombo, L.; Gellert, P. R.; Schwab, M. G.; Kim, K. Nature 2012, 490, 192. doi: 10.1038/nature11458

    2. [2]

      Xu, M. S.; Liang, T.; Shi, M. M.; Chen, H. Z. Chem. Rev. 2013, 113, 3766. doi: 10.1021/cr300263a

    3. [3]

      James, D. K.; Tour, J. M. Accounts Chem. Res. 2013, 46, 2307. doi: 10.1021/ar300127r

    4. [4]

      Pakdel, A.; Bando, Y.; Golberg, D. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 934. doi: 10.1039/c3cs60260e

    5. [5]

      Ma, R.; Sasaki, T. Adv. Mater. 2010, 22, 5082. doi: 10.1002/adma.201001722

    6. [6]

      Duerloo, K. A. N.; Li, Y.; Reed, E. J. Nat. Commun. 2014, 5, 4214. doi: 10.1038/ncomms5214

    7. [7]

      Guo, X.; Zhang, F.; Evans, D. G.; Duan, X. Chem. Commun. 2010, 46, 5197. doi: 10.1039/c0cc00313a

    8. [8]

      Wang, Q.; O'Hare, D. Chem. Rev. 2012, 112, 4124. doi: 10.1021/cr200434v

    9. [9]

      Matsui, T.; Yamaguchi, A.; Takeoka, Y.; Rikukawa, M.; Sanui, K. Chem. Commun. 2002, 1094. doi: 10.1039/b200965j

    10. [10]

      Varoon, K.; Zhang, X.; Elyassi, B.; Brewer, D. D.; Gettel, M.; Kumar, S.; Lee, J. A.; Maheshwari, S.; Mittal, A.; Sung, C. Y.; Cococcioni, M.; Francis, L. F.; McCormick, A. V.; Mkhoyan, K. A.; Tsapatsis, M. Science 2011, 334, 72. doi: 10.1126/science.1208891

    11. [11]

      Roth, W. J.; Nachtigall, P.; Morris, R. E.; Cejka, J. Chem. Rev. 2014, 114, 4807. doi: 10.1021/cr400600f

    12. [12]

      Zhao, Z. C.; Zhang, W. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2475. [赵侦超, 张维萍. 物理化学学报, 2016, 32, 2475.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201607121

    13. [13]

      Zhao, Y.; Xie, Y.; Liu, Z.; Wang, X.; Chai, Y.; Yan, F. Small 2014, 10, 4521. doi: 10.1002/smll.201401549

    14. [14]

      Hao, G. P.; Jin, Z. Y.; Sun, Q.; Zhang, X. Q.; Zhang, J. T.; Lu, A. H. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3740. doi: 10.1039/c3ee41906a

    15. [15]

      Zaera, F. ChemSusChem 2013, 6, 1797. doi: 10.1002/cssc.201300398

    16. [16]

      Navalon, S.; Dhakshinamoorthy, A.; Alvaro, M.; Garcia, H. Chem. Rev. 2014, 114, 6179. doi: 10.1021/cr4007347

    17. [17]

      Sun, Y.; Gao, S.; Lei, F.; Xie, Y. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 623. doi: 10.1039/c4cs00236a

    18. [18]

      Teramura, K.; Iguchi, S.; Mizuno, Y.; Shishido, T.; Tanaka, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8008. doi: 10.1002/anie.201201847

    19. [19]

      Chen, Y. C.; Hsu, C. Y.; Lin, R. Y. Y.; Ho, K. C.; Lin, J. T. ChemSusChem 2013, 6, 20. doi: 10.1002/cssc.201200609

    20. [20]

      Tang, H.; Hessel, C. M.; Wang, J.; Yang, N.; Yu, R.; Zhao, H.; Wang, D. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 4281. doi: 10.1039/c3cs60437c

    21. [21]

      Zhang, L.; Wang, J.; Zhu, J.; Zhang, X.; San Hui, K.; Hui, K.N. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9046. doi: 10.1039/c3ta11755c

    22. [22]

      Wang, Q.; Yan, J.; Wei, T.; Feng, J.; Ren, Y.; Fan, Z.; Zhang, M.; Jing, X. Carbon 2013, 60, 481. doi: 10.1016/j.carbon.2013.04.067

    23. [23]

      Stephenson, T.; Li, Z.; Olsen, B.; Mitlin, D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 209. doi: 10.1039/c3ee42591f

    24. [24]

      Sun, Q.; Guo, C. Z.; Wang, G. H.; Li, W. C.; Bongard, H. J.; Lu, A. H. Chemistry 2013, 19, 6217. doi: 10.1002/chem.201300307

    25. [25]

      Guo, S.; Dong, S. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2644. doi: 10.1039/c0cs00079e

    26. [26]

      Liu, D.; Hu, Y. Y.; Zeng, C.; Qu, D. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2826. [刘丹, 胡艳艳, 曾超, 屈德宇. 物理化学学报, 2016, 32, 2826.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201609141

    27. [27]

      Fan, Z.; Liu, Y.; Yan, J.; Ning, G.; Wang, Q.; Wei, T.; Zhi, L.; Wei, F. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 419. doi: 10.1002/aenm.201100654

    28. [28]

      Yan, Y.; Cheng, Q.; Pavlinek, V.; Saha, P.; Li, C. J. Solid State Electrochem. 2013, 17, 1677. doi: 10.1007/s10008-013-2025-3

    29. [29]

      Wang, H. Q.; Zhao, Z. B.; Chen, M.; Xiao, N.; Li, B. B.; Qiu, J. S. New Carbon Mater. 2014, 29, 280. doi: 10.1016/S1872-5805(14)60137-2

    30. [30]

      Lee, J.; Kim, J.; Hyeon, T. Adv. Mater. 2006, 18, 2073. doi: 10.1002/adma.200501576

    31. [31]

      Konkena, B.; Vasudevan, S. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 867. doi: 10.1021/jz300236w

    32. [32]

      Hao, G. P.; Lu, A. H.; Dong, W.; Jin, Z. Y.; Zhang, X. Q.; Zhang, J. T.; Li, W. C. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 1421. doi: 10.1002/aenm.201300383

    33. [33]

      Wang, Q.; Yan, J.; Fan, Z. Electrochim. Acta 2014, 146, 548. doi: 10.1016/j.electacta.2014.09.036

    34. [34]

      Guo, D. C.; Mi, J.; Hao, G. P.; Dong, W.; Xiong, G.; Li, W. C.; Lu, A. H. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 652. doi: 10.1039/c2ee23127a

    35. [35]

      Jin, Z. Y.; Lu, A. H.; Xu, Y. Y.; Zhang, J. T.; Li, W. C. Adv. Mater. 2014, 26, 3700. doi: 10.1002/adma.201306273

    36. [36]

      Xiang, Z.; Cao, D.; Huang, L.; Shui, J.; Wang, M.; Dai, L. Adv. Mater. 2014, 26, 3315. doi: 10.1002/adma.201306328

    37. [37]

      Xiang, Z.; Xue, Y.; Cao, D.; Huang, L.; Chen, J. F.; Dai, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2433. doi: 10.1002/anie.201308896

    38. [38]

      Zhang, S.; Zeng, M.; Li, J.; Li, J.; Xu, J.; Wang, X. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 4391. doi: 10.1039/c3ta14604a

    39. [39]

      Wang, L.; Mu, G.; Tian, C.; Sun, L.; Zhou, W.; Tan, T.; Fu, H. ChemSusChem 2012, 5, 2442. doi: 10.1002/cssc.201200529

    40. [40]

      Wen, Z.; Wang, X.; Mao, S.; Bo, Z.; Kim, H.; Cui, S.; Lu, G.; Feng, X.; Chen, J. Adv. Mater. 2012, 24, 5610. doi: 10.1002/adma.201201920

    41. [41]

      Krishnan, D.; Raidongia, K.; Shao, J.; Huang, J. ACS Nano 2014, 8, 449. doi: 10.1021/nn404805p

    42. [42]

      Zheng, C.; Zhou, X.; Cao, H.; Wang, G.; Liu, Z. J. Power Sources 2014, 258, 290. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.056

    43. [43]

      Xu, C.; Ning, G.; Zhu, X.; Wang, G.; Liu, X.; Gao, J.; Zhang, Q.; Qian, W.; Wei, F. Carbon 2013, 62, 213. doi: 10.1016/j.carbon.2013.05.059

    44. [44]

      Liu, Y.; Cai, Q.; Li, H.; Zhang, J. J. Appl. Polymer Sci. 2013, 128, 517. doi: 10.1002/app.38208

    45. [45]

      Fan, X.; Yu, C.; Yang, J.; Ling, Z.; Hu, C.; Zhang, M.; Qiu, J. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401761. doi: 10.1002/aenm.201570035

    46. [46]

      Huang, Z. H.; Wang, A.; Kang, F.; Chuan, X. Mater. Lett. 2010, 64, 2444. doi: 10.1016/j.matlet.2010.07.078

    47. [47]

      Deng, X.; Zhao, B. T.; Zhu, L.; Shao, Z. P. Carbon 2015, 93, 48. doi: 10.1016/j.carbon.2015.05.031

    48. [48]

      Liu, X.; Fechler, N.; Antonietti, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8237. doi: 10.1039/c3cs60159e

    49. [49]

      Liu, X.; Antonietti, M. Carbon 2014, 69, 460. doi: 10.1016/j.carbon.2013.12.049

    50. [50]

      He, B.; Li, W. C.; Lu, A. H. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 579. doi: 10.1039/c4ta05056h

    51. [51]

      Liu, X.; Giordano, C.; Antonietti, M. Small 2014, 10, 193. doi: 10.1002/smll.201300812

    52. [52]

      Zhu, J.; Sakaushi, K.; Clavel, G.; Shalom, M.; Antonietti, M.; Fellinger, T. P. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5480. doi: 10.1021/jacs.5b01072

    53. [53]

      Zhang, P.; Qiao, Z. A.; Zhang, Z.; Wan, S.; Dai, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 12262. doi: 10.1039/c4ta02307b

    54. [54]

      Chang, Y.; Antonietti, M.; Fellinger, T. P. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 5507. doi: 10.1002/anie.201411685

    55. [55]

      Sevilla, M.; Fuertes, A. B. ACS Nano 2014, 8, 5069. doi: 10.1021/nn501124h

    56. [56]

      Fuertes, A. B.; Sevilla, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 4344. doi: 10.1021/am508794f

    57. [57]

      Bourlinos, A.; Steriotis, T.; Zboril, R.; Georgakilas, V.; Stubos, A. J. Mater. Sci. 2009, 44, 1407. doi: 10.1007/s10853-009-3263-8

    58. [58]

      Peng, H.; Ma, G.; Sun, K.; Mu, J.; Lei, Z. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 17297. doi: 10.1039/c4ta03929g

    59. [59]

      Peng, H.; Ma, G.; Sun, K.; Zhang, Z.; Yang, Q.; Ran, F.; Lei, Z. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 13210. doi: 10.1039/c5ta03034j

    60. [60]

      Hou, L.; Lian, L.; Li, D.; Pang, G.; Li, J.; Zhang, X.; Xiong, S.; Yuan, C. Carbon 2013, 64, 141. doi: 10.1016/j.carbon.2013.07.045

    61. [61]

      Zheng, X.; Lv, W.; Tao, Y.; Shao, J.; Zhang, C.; Liu, D.; Luo, J.; Wang, D.W.; Yang, Q. H. Chem. Mater. 2014, 26, 6896. doi: 10.1021/cm503845q

    62. [62]

      Yan, J.; Wang, Q.; Lin, C.; Wei, T.; Fan, Z. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400500. doi: 10.1002/aenm.201400500

    63. [63]

      Yun, Y. S.; Park, M. H.; Hong, S. J.; Lee, M. E.; Park, Y.W.; Jin, H. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 3684. doi: 10.1021/am5081919

    64. [64]

      De Arco, L. G.; Yi, Z.; Kumar, A.; Chongwu, Z. IEEE Transactions on Nanotechnology 2009, 8, 135. doi: 10.1109/tnano.2009.2013620

    65. [65]

      Reina, A.; Jia, X.; Ho, J.; Nezich, D.; Son, H.; Bulovic, V.; Dresselhaus, M. S.; Kong, J. Nano Lett. 2009, 9, 30. doi: 10.1021/nl801827v

    66. [66]

      Zhao, M. Q.; Liu, X. F.; Zhang, Q.; Tian, G. L.; Huang, J. Q.; Zhu, W. C.; Wei, F. ACS Nano 2012, 6, 10759. doi: 10.1021/nn304037d

    67. [67]

      Wang, J.; Zhu, M.; Outlaw, R. A.; Zhao, X.; Manos, D. M.; Holloway, B. C. Carbon 2004, 42, 2867. doi: 10.1016/j.carbon.2004.06.035

    68. [68]

      Nishihara, H.; Simura, T.; Kobayashi, S.; Nomura, K.; Berenguer, R.; Ito, M.; Uchimura, M.; Iden, H.; Arihara, K.; Ohma, A.; Hayasaka, Y.; Kyotani, T. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 6418. doi: 10.1002/adfm.201602459

    69. [69]

      Xu, B.; Zheng, D. F.; Jia, M. Q.; Liu, H.; Cao, G. P.; Qiao, N.; Wei, Y. P.; Yang, Y. S. Mater. Lett. 2015, 143, 159. doi: 10.1016/j.matlet.2014.12.102

    70. [70]

      Tao, Y.; Endo, M.; Inagaki, M.; Kaneko, K. J. Mater. Chem. 2011, 21, 313. doi: 10.1039/c0jm01830a

    71. [71]

      Wang, H.; Xu, Z.; Kohandehghan, A.; Li, Z.; Cui, K.; Tan, X.; Stephenson, T. J.; King'ondu, C. K.; Holt, C. M. B.; Olsen, B.C.; Tak, J. K.; Harfield, D.; Anyia, A. O.; Mitlin, D. ACS Nano 2013, 7, 5131. doi: 10.1021/nn400731g

    72. [72]

      Li, J.; Yao, R.; Bai, J.; Cao, C. ChemPlusChem 2013, 78, 797. doi: 10.1002/cplu.201300158

    73. [73]

      Choucair, M.; Thordarson, P.; Stride, J. A. Nat. Nanotech. 2009, 4, 30. doi: 10.1038/2008.365

    74. [74]

      Wang, Y.; Angelatos, A. S.; Caruso, F. Chem. Mater. 2008, 20, 848. doi: 10.1021/cm7024813

    75. [75]

      Chen, P.; Xu, K.; Li, X.; Guo, Y.; Zhou, D.; Zhao, J.; Wu, X.; Wu, C.; Xie, Y. Chem. Sci. 2014, 5, 2251. doi: 10.1039/c3sc53303d

    76. [76]

      Chen, D.; Wang, X.; Liu, T.; Wang, X.; Li, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 2005. doi: 10.1021/am100307v

    77. [77]

      Dong, X. Y.; Wang, L.; Wang, D.; Li, C.; Jin, J. Langmuir 2012, 28, 293. doi: 10.1021/la2038685

    78. [78]

      Wang, L.; Wang, D.; Dong, X. Y.; Zhang, Z. J.; Pei, X. F.; Chen, X. J.; Chen, B.; Jin, J. Chem. Commun. 2011, 47, 3556. doi: 10.1039/c0cc05420h

    79. [79]

      Hu, J.; Lei, G.; Lu, Z.; Liu, K.; Sang, S.; Liu, H. Chem. Commun. 2015, 51, 9983. doi: 10.1039/c5cc01767j

    80. [80]

      Long, X.; Li, J.; Xiao, S.; Yan, K.; Wang, Z.; Chen, H.; Yang, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7584. doi: 10.1002/anie.201402822

    81. [81]

      Latorre-Sanchez, M.; Atienzar, P.; Abellan, G.; Puche, M.; Fornes, V.; Ribera, A.; Garcia, H. Carbon 2012, 50, 518. doi: 10.1016/j.carbon.2011.09.007

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  893
  • HTML全文浏览量:  71
文章相关
  • 发布日期:  2016-12-20
  • 收稿日期:  2016-10-21
  • 修回日期:  2016-12-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章