冈山大学
京都大学
日本科学技术振兴机构（JST）
◆发布要点
- 证实：改变分子官能基，即可控制碳化反应路径以及所得碳材料的结构。
- 利用酚醛树脂模型分子，在分子层面阐明了碳化反应机制。
- 为将未利用有机物转化为吸附剂、导电材料等高功能碳材料，为资源循环技术提供设计依据。
冈山大学学术研究院前沿研究领域（异领域基础化学研究所）仁科勇太卓越教授、京都大学研究生院工学研究科化学理工学专业生越友树教授领衔的研究团队，以柱芳烃作为酚醛树脂的模型分子，证实仅改变分子外围连接的官能基，就会大幅改变碳化的反应路径，以及生成碳材料的结构与功能。
同一分子骨架，可形成三类不同碳材料：保持原有形貌的多孔碳、逐步融合形成的层状碳材料、经历熔融再重构得到的片层碳；三类材料分别在气体吸附、导电性能上表现出差异化特性。该成果是一套全新理论技术，能够摆脱以往碳化工艺高度依赖经验法则的现状，实现从分子结构出发设计碳化过程。本研究成果于8月19日刊载于学术期刊《Small》。未来有望成为设计资源循环技术的指导依据，将酚醛树脂、沥青、木质素、废塑料衍生组分等转化为实用吸附剂、导电材料。
◆研究者寄语
| 碳化是十分深奥的现象：即便使用相同原料加热，微小的结构差异，也会生成性质完全不同的碳材料。本次我们发现，分子外围的官能基，决定碳化反应历程，也决定产物最终形貌与功能。过去碳化大多依靠经验摸索，我们希望未来建立针对目标碳材料的设计方案，实现定向设计。希望本研究可以推动废塑料、生物质等尚未充分利用的有机资源，转化为有实用价值的碳材料。 |  仁科卓越教授 |
| 柱芳烃是可以在分子层面精准调控构型与官能基的环状分子。本次正是利用该特性，阐明分子细微差异，会显著影响碳化进程以及碳产物的结构、性能。超分子化学长期积累的“组装分子、调控分子形态与性质”的思路，如今可以应用到碳材料设计，对此我感到十分欣喜。今后希望把分子设计的研究成果拓展到酚醛树脂、生物质这类更贴近实际应用的碳源，有助开发可服务资源循环的新型碳材料。 |  生越教授 |
■论文信息
论文名：Divergent Carbonization of Pillar[5]arenes Produces Porous and Lamellar Carbon Architectures
作者：Tan-Hao Shi, Chen-Yi Ma, Kentaro Ohkura, Riki Kato, Tsubasa Hatanaka, Shoma Hori, Hiroo Suzuki, Shunsuke Ohtani, Kenichi Kato, Yuta Nishina*, Tomoki Ogoshi*
杂志：Small
DOI：10.1002/smll.75161
URL：https://doi.org/10.1002/smll.75161
■研究支援
本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST（JPMJCR24S6）、JSPS 科研費本研究得到JST战略性创造研究推进事业CREST（JPMJCR24S6）、日本学术振兴会（JSPS）科研费（JP23KF0235、JP22H00334、JP24K21247）以及文部科学省世界顶级研究基地项目（WPI）的资助开展。
＜详细研究内容＞
有机物制备高性能碳材料——从分子结构解读碳化设计原理
＜联系方式＞
【关于研究内容】
冈山大学学术研究院前沿研究领域（异领域基础）
卓越教授 仁科勇太
（TEL）086-251-8718
【关于报道】
冈山大学 总务部 宣传课
（TEL）086-251-7292
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