“碳”無止境
—— 記2018世界炭會(huì)議

劉旭光

(1. 太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原030024； 2. 太原理工大學(xué) 新材料界面科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030024)

2018年7月1～6日，世界炭會(huì)議在西班牙首都馬德里召開。會(huì)議由西班牙炭素學(xué)會(huì)主辦，馬德里大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院承辦。會(huì)議主題為“Bonded by carbon”，圍繞炭材料科學(xué)與應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，以大會(huì)報(bào)告、主題報(bào)告、口頭報(bào)告及墻報(bào)展示4種形式進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

會(huì)議參會(huì)人數(shù)達(dá)703名，來自世界各地53個(gè)國(guó)家和地區(qū)，其中中國(guó)大陸地區(qū)主要有來自清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院電子信息所、西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、太原理工大學(xué)、北京化工大學(xué)等多所高等院校和科研機(jī)構(gòu)的學(xué)者參加會(huì)議。大會(huì)論文集收錄論文摘要794篇，包括大會(huì)報(bào)告5個(gè)，主題報(bào)告49個(gè)，口頭報(bào)告337個(gè)，展報(bào)403篇。除5個(gè)大會(huì)報(bào)告外，其余789篇按大會(huì)10個(gè)主題的詳細(xì)分布數(shù)據(jù)見表1?！跋冗M(jìn)炭材料”主題的論文數(shù)目最多，達(dá)139篇；“炭的制備、表征、計(jì)算和模擬”主題的論文數(shù)目達(dá)122篇；炭材料在應(yīng)用方面，主要體現(xiàn)在電化學(xué)和環(huán)境兩方面，論文數(shù)目分別達(dá)134和110篇。此外，“石墨與石墨烯”主題的論文數(shù)目達(dá)89篇，與往年相比，有所增加。

會(huì)議期間除學(xué)術(shù)交流外，舉行了兩場(chǎng)頒獎(jiǎng)儀式，頒發(fā)了歐洲炭學(xué)會(huì)獎(jiǎng)、青年學(xué)者獎(jiǎng)、最佳口頭報(bào)告獎(jiǎng)和最佳墻報(bào)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。大會(huì)宣布了2019年和2020年國(guó)際炭會(huì)議的主辦地分別在美國(guó)肯塔基州的列克星敦和日本的京都。

表 1 2018世界炭會(huì)議各主題論文分布

本次會(huì)議安排了5個(gè)大會(huì)報(bào)告。第一個(gè)報(bào)告來自西班牙炭材料研究所的Rosa Menendez教授，題為 State of the art and future perspectives of traditional carbon materials and new carbon forms。報(bào)告主要介紹了傳統(tǒng)炭材料與新型炭材料的研究現(xiàn)狀及展望，指出傳統(tǒng)炭材料如炭纖維、活性炭、玻璃炭或碳基復(fù)合材料等，目前仍是工業(yè)應(yīng)用的先鋒和炭材料生產(chǎn)的領(lǐng)先者；新型炭材料如石墨烯的出現(xiàn)，預(yù)示著在炭領(lǐng)域內(nèi)一場(chǎng)革命的開啟。第二個(gè)報(bào)告來自美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)Yury Gogotsi教授，題為Transformative synthesis of carbon-based materials-from graphene to nanotubes and mxenes。報(bào)告主要介紹了通過固態(tài)轉(zhuǎn)變碳化物從而實(shí)現(xiàn)非平衡炭材料的轉(zhuǎn)化合成，指出通過SiC中碳原子重新組裝形成石墨烯、納米管陣列、多孔碳化物衍生炭(CDC)、三元過渡族金屬碳化物或氮化物(MAX相)選擇性刻蝕形成2D碳化物(MXenes)等，其中，M代表過渡金屬元素，A代表主族元素，X代表碳或氮，MAX相如Ti3SiC2、Ti2AlC等，MXenes如Ti3C2、Ti3N2與Ti3(CN)等；與制備石墨烯或碳納米管的溫度相比，CDC與MXenes僅在室溫或稍高溫度下可形成，減少了新材料從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化所需突破的障礙，可應(yīng)用在電化學(xué)電容器、電催化、傳感器、水脫鹽和凈化等領(lǐng)域。第三個(gè)報(bào)告來自中國(guó)科學(xué)院金屬研究所成會(huì)明院士，題為 Graphene materials: fabrication and use in electrochemical energy storage。報(bào)告主要介紹了各種石墨烯的制備及其在電化學(xué)儲(chǔ)能方面的最新應(yīng)用，指出不同結(jié)構(gòu)和功能化石墨烯作為電極、導(dǎo)電填料、涂層等在儲(chǔ)能器件中起著關(guān)鍵作用。通過化學(xué)剝離、化學(xué)氣相沉積、水熱沉積與原位合成等方法，制備不同類型的石墨烯材料，如氧化石墨烯、石墨烯納米片、石墨烯膜和單晶疇等，以及石墨烯基復(fù)合電極材料，主要用于超級(jí)電容器、金屬離子電池、鋰-硫電池和流體電池等領(lǐng)域，并預(yù)測(cè)石墨烯在柔性儲(chǔ)能裝置方面的應(yīng)用將是新興方向。第四個(gè)報(bào)告來自西班牙阿里坎特大學(xué)Diego Cazorla Amorós教授，題為Surface (electro) chemistry of carbon materials. Role of oxygen and nitrogen heteroatoms。報(bào)告主要介紹了炭材料表面電化學(xué)以及雜原子氧和氮的作用，指出炭材料表面因雜原子(主要是氧和氮，且有磷、硼和硫)的存在而形成不同的表面官能度，其中含氧官能團(tuán)主要影響炭材料的潤(rùn)濕性、導(dǎo)電性、電活性、與電解質(zhì)/溶劑的反應(yīng)性，含氮官能團(tuán)除了上述性質(zhì)外，還影響炭材料的電催化活性。另外還介紹了沸石模板炭(ZTC)，指出ZTC材料具備的顯著特點(diǎn)為：納米石墨烯網(wǎng)絡(luò)、均勻的納米孔尺寸(1.2 nm)、高比表面積(高達(dá)4000 m2/g)、大量的碳邊緣位點(diǎn)、所有的邊緣部位和石墨烯表面充分暴露并形成大量官能團(tuán)。第五個(gè)報(bào)告來自意大利的里雅斯特大學(xué)Maurizio Prato教授，題為Synthesis, properties and applications of functionalized carbon nanoforms。報(bào)告主要介紹了功能化碳納米復(fù)合材料的制備、性能及應(yīng)用，包括碳納米管(CNTs)、富勒烯和新興的石墨烯、碳量子點(diǎn)(CDs)的化學(xué)功能化。描述了一種以精氨酸和乙二胺為前驅(qū)體的簡(jiǎn)單且可量化生產(chǎn)CDs的合成工藝，所生產(chǎn)的氮摻雜碳量子點(diǎn)，通過使用適當(dāng)設(shè)計(jì)的功能單元修飾，可實(shí)現(xiàn)從分子級(jí)到納米級(jí)的可控調(diào)節(jié)。此外，還介紹了CDs基雜化材料，如CDs-離子凝膠、CDs-粘土復(fù)合薄膜等。 本次會(huì)議設(shè)置了10個(gè)主題，分別為：石墨和石墨烯，先進(jìn)炭材料：納米管、富勒烯、炭纖維和碳基復(fù)合材料，煤、焦炭和炭黑，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化加工，炭的制備、表征和模擬計(jì)算，電化學(xué)應(yīng)用，催化應(yīng)用，環(huán)境應(yīng)用，氣體分離和儲(chǔ)存，健康、醫(yī)藥和生物領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)合表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果及會(huì)場(chǎng)交流情況可知，石墨和石墨烯、先進(jìn)炭材料、炭的制備、電化學(xué)及環(huán)境應(yīng)用為大家所關(guān)注的熱點(diǎn)，以下對(duì)本次會(huì)議的各個(gè)主題分別進(jìn)行介紹。

1 石墨與石墨烯

關(guān)于石墨的研究較少，包括對(duì)熱膨脹性研究，還包括由石墨制備石墨烯，涉及到有效剝離、強(qiáng)酸氧化等。與石墨相比，石墨烯受到了更多關(guān)注，主要涉及到各種微觀結(jié)構(gòu)、組裝體及其制備和應(yīng)用研究。

石墨烯的制備及應(yīng)用。制備石墨烯的方法有化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)刻蝕、溶劑熱和溶劑剝離法等。由羧甲基纖維素鈉作為水溶性聚合物，經(jīng)炭化及冷凍干燥制得石墨烯用于鋰電池的陽極材料；石墨烯為炭前驅(qū)體合成石墨烯量子點(diǎn)，在紫外光下能加快電解質(zhì)中電子轉(zhuǎn)移速率；石墨烯量子點(diǎn)用于化學(xué)與電化學(xué)催化；石墨烯微管用于纖維狀電容器；由金屬鈉與醇(甲醇-乙醇或丁醇)的溶劑熱反應(yīng)及高溫?zé)崽幚碇频檬┡菽皇┘{米片添加在環(huán)氧樹脂作為熱界面材料表現(xiàn)出良好的散熱能力，用于電子封裝領(lǐng)域。

組裝體的制備及應(yīng)用。石墨烯氣凝膠與金屬有機(jī)骨架材料(MOF)作為高效吸附劑用于捕獲CO2；含有石墨烯納米片的聚丙烯腈纖維經(jīng)后續(xù)熱處理和放電等離子燒結(jié)等形成碳納米纖維；氧化石墨烯薄膜用于食品過濾，分子動(dòng)力學(xué)模擬證明其對(duì)溶菌酶和牛血清白蛋白具有抗有機(jī)污染能力；血色素負(fù)載的石墨烯作為合成聚苯胺的仿生催化劑；石墨烯載Pt復(fù)合物作為聚合物電解質(zhì)燃料電池的電極材料具有優(yōu)異的耐久性；高硫負(fù)載的石墨烯作為L(zhǎng)i-S電池的陰極材料具有良好的導(dǎo)電性；由還原氧化石墨烯經(jīng)化學(xué)氣相沉積合成摻雜石墨烯(N、B摻雜)，其中，N-摻雜石墨烯對(duì)亞甲基藍(lán)和三聚氰胺具有優(yōu)異的分子傳感特性，B-摻雜石墨烯對(duì)檢測(cè)有毒氣體如NO2和NH3具有獨(dú)特的傳感能力；以抗壞血酸、氧化石墨烯為原料合成超輕多孔石墨烯繭，具有良好的吸波性能；基于石墨烯的油墨用于3D打印。

2 先進(jìn)炭材料

除石墨烯外，仍有許多先進(jìn)炭材料受到廣泛關(guān)注，包括碳納米管、炭纖維、活性炭、碳量子點(diǎn)和炭氣凝膠等。

CNTs的制備技術(shù)相對(duì)成熟，因此，本次會(huì)議中關(guān)于CNTs的研究包括，新型CNTs短紗/炭復(fù)合纖維的制備、CNTs纖維的制備工藝優(yōu)化、CNTs紗線力學(xué)性能評(píng)價(jià)、超長(zhǎng)CNTs無紡布?jí)|作為電磁感應(yīng)屏蔽材料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域等。

制備炭纖維的前體材料與時(shí)俱進(jìn)，除了以往的石油衍生物外，生物質(zhì)前體尤其是廉價(jià)且富含碳源的木質(zhì)素，不僅降低工藝成本，且能減少有毒物質(zhì)(氰化物)的產(chǎn)生；木質(zhì)素基炭纖維的制備除常規(guī)熔融紡絲外，本次會(huì)議中報(bào)道了靜電紡絲和連續(xù)濕法紡絲兩種新方法，從降低增塑劑含量、聚乙烯醇替代傳統(tǒng)增塑劑等角度出發(fā)，制備性能優(yōu)異的炭纖維；炭纖維增強(qiáng)聚醚砜熱塑性塑料作為汽車部件應(yīng)用表現(xiàn)出極高的力學(xué)性能、良好的熱穩(wěn)定性和可回收性。以生物質(zhì)為原料同樣可制備活性炭，以巴西棕櫚樹為原料，經(jīng)不同溫度熱處理所得活性炭用作雙電層電容器的電極和電化學(xué)傳感器；活性炭還可用于3D打印與染料的脫除；在堿性介質(zhì)中以球形聚甲基丙烯酸甲酯合成多孔炭泡沫；引發(fā)酚醛樹脂發(fā)生沉淀，并經(jīng)乳化、固化及炭化工序制得超輕炭泡沫。

炭氣凝膠主要應(yīng)用在超級(jí)電容器電極材料、儲(chǔ)氫系統(tǒng)或分離介質(zhì)等，但易碎的機(jī)械性能限制其應(yīng)用，將納米聚苯乙烯球顆粒加入到彈性間苯二酚甲醛溶膠并經(jīng)熱裂解制得高柔性炭氣凝膠，在50%壓縮應(yīng)變下表現(xiàn)出強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性。碳量子點(diǎn)在本次會(huì)議的亮點(diǎn)為CDs在電致發(fā)光器件中的應(yīng)用，以一種油溶性CDs通過主客體摻雜策略，合成高亮度白光、黃光、藍(lán)光的電致發(fā)光器件；在類似的研究中，多壁CNTs增強(qiáng)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電信號(hào)和增加有機(jī)發(fā)光二極管的壽命(增幅達(dá)30%)，氧化石墨烯薄膜作為有機(jī)太陽電池的功能層，得到與光電二極管或光敏電阻器相當(dāng)?shù)碾婍憫?yīng)，而不呈現(xiàn)光誘導(dǎo)電流。

3 煤、焦炭和炭黑

煤、焦炭和炭黑仍有所關(guān)注。除了常規(guī)的煤巖學(xué)研究外，本主題在焦炭和炭黑方面的報(bào)道涉及到焦化過程、炭黑應(yīng)用、煤瀝青粘結(jié)劑等。利用哥倫比亞煤焦化過程中表面官能團(tuán)的變化能預(yù)測(cè)焦炭的反應(yīng)指數(shù)；H-NMR弛豫測(cè)量和原位高溫ESR光譜是適合表征煤熱塑性的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)；煤瀝青粘結(jié)劑與焦炭、無煙煤等干物質(zhì)的親和力取決于其潤(rùn)濕角，其潤(rùn)濕行為與軟化點(diǎn)、甲苯不溶性等有關(guān)；炭黑除增強(qiáng)聚合物外，其水泥復(fù)合材料作為導(dǎo)電添加劑，應(yīng)用于交通監(jiān)控中。粉煤灰衍生的含銀納米顆粒復(fù)合物能有效吸附廢水中的汞；由煤焦化酚油經(jīng)溶膠-凝膠-苯酚-甲醛聚合路線制得低成本多孔炭凝膠用于處理廢水；以煤焦油為原料形成的介孔炭與SiO2復(fù)合作為鋰電池的電極。

4 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化加工

涉及熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的研究包括，木質(zhì)素/聚丙烯腈前驅(qū)體固化過程中的熱轉(zhuǎn)化對(duì)孔隙率的影響；聚丙烯腈前驅(qū)體在惰性氣氛下的熱行為；通過化學(xué)循環(huán)燃燒技術(shù)捕獲煤炭燃燒產(chǎn)生的CO2；油棕殼的熱解；廢輪胎熱解炭作為固體燃料的燃燒動(dòng)力學(xué)、焦化活化動(dòng)力學(xué)及鈣對(duì)熱解炭的活化作用等；空氣和CO2催化焦化氣化的動(dòng)力學(xué)。

加工技術(shù)包括，用微波和電子束輻照對(duì)低分子量流化催化裂化油進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性；以櫸木鋸末為生物質(zhì)原料，通過炭化得到生物質(zhì)炭，作為土壤改良劑；對(duì)甲苯-己烷混合物進(jìn)行微波處理制備新型活性炭；以生物油和聚氯乙烯共混物為原料制得各向同性瀝青；采用水熱合成水凝膠、冷凍干燥與熱還原工序制備石墨烯納米片/CNTs的三維氣凝膠；以尿素為前驅(qū)體通過溶劑熱合成法制得P摻雜石墨碳氮化物。

5 炭的制備、表征和模擬計(jì)算

炭的制備與表征的研究包括，無溶劑軟模板法合成介孔炭用于電化學(xué)電容器；金屬氧化物(銅氧化物、鈰氧化物)/碳雜化納米線復(fù)合材料用于超級(jí)電容器；磷酸熱處理聚酰亞胺共聚物制備納米多孔炭；通過光促進(jìn)多羥基有機(jī)前體的縮聚設(shè)計(jì)納米多孔聚合物并成炭，明顯縮短反應(yīng)時(shí)間；以針狀焦為原料采用凝膠紡絲法制備炭纖維；煤液化殘?jiān)技{米纖維制備非織造炭布；激光輔助合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)室溫下納米結(jié)構(gòu)炭的合成；用廣角X射線散射表征玻璃炭泡沫的原子結(jié)構(gòu)特征；采用拉曼光譜體現(xiàn)石墨烯的局部氧化；基于多孔介質(zhì)的HRTEM圖像分析和從吸附等溫線求解第一類積分方程是準(zhǔn)確表征多孔性的兩種方法。

模擬計(jì)算的研究包括，分子動(dòng)力學(xué)方法揭示金剛石炭在H2氣氛下的摩擦性能、玻璃炭的彈性行為；數(shù)值模擬C/C復(fù)合材料的復(fù)合界面斷裂、多孔碳納米材料的流體力學(xué)；理論模擬分級(jí)結(jié)構(gòu)碳納米管紗線；DFT模擬計(jì)算多孔炭在Ar、N2與O2氣氛下的孔徑分布；分子動(dòng)力學(xué)模擬不同密度和微觀結(jié)構(gòu)多孔炭化物衍生炭的彈性性質(zhì)，并計(jì)算彈性常數(shù)和單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線以理論解釋其高延展性。

6 電化學(xué)應(yīng)用

炭材料在電化學(xué)應(yīng)用方面主要是電催化與儲(chǔ)能。生物質(zhì)為碳源制備炭纖維、多孔炭和活性炭，雜原子摻雜和金屬氧化物負(fù)載的碳基復(fù)合材料均在電化學(xué)應(yīng)用方面發(fā)揮重要作用。木質(zhì)素、可可杏仁殼、玉米芯和木刨花等多種生物質(zhì)為碳源的研究?jī)?nèi)容包括：通過微孔靜電紡絲制備木質(zhì)素基炭纖維作為無粘結(jié)劑的超級(jí)電容器電極；從可可杏仁殼中獲得低成本且富含氮的多孔炭，以提高超級(jí)電容器的存儲(chǔ)量；以玉米芯為原料，通過炭化(水熱和熱解)及高溫下KOH活化形成活性炭，作為電極的活性層使用；以木刨花為碳源、尿素或三聚氰胺為含氮前體、K2CO3為活化劑，球磨混合以及高溫炭化制備氮摻雜多孔炭作為電極材料。

雜原子摻雜和金屬氧化物負(fù)載的碳基復(fù)合材料的研究?jī)?nèi)容包括：由三聚氰胺-木質(zhì)素-間苯二酚混合物制得N摻雜炭凝膠、溶液紡絲制備CNTs負(fù)載MnO2纖維用在超級(jí)電容器中；N摻雜的氧化還原石墨烯用于腎上腺素的電化學(xué)傳感器；由石油焦合成N、S共摻雜石墨烯網(wǎng)狀復(fù)合物用于高效析氧還原反應(yīng)(ORR)電催化劑；由石油焦通過電化學(xué)法合成包含大量氮氧官能團(tuán)的N摻雜碳量子點(diǎn)，并將其引入Ni3S2原位生長(zhǎng)形成復(fù)合物，作為電極催化劑，用于整體水分解；B摻雜石墨烯包覆MoS2雜化材料和多孔炭負(fù)載SnO2復(fù)合材料用作鋰電池電極材料；以CNTs和石墨烯組成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高Co3S4的負(fù)載率，用在Li-S電池中表現(xiàn)出超長(zhǎng)壽命；以Co和Ti氧化物修飾的石墨烯氣凝膠作為ORR的電催化劑；活性炭(多孔炭、石墨烯衍生物及CNTs)與半導(dǎo)體(TiO2、WO3、Bi2WO6)形成復(fù)合涂層對(duì)金屬的防腐蝕作用；采用懸浮聚合法和磷酸化學(xué)活化制備的P、N、O共摻雜的聚合物基炭球，是超級(jí)電容器、鋰電池和氧還原反應(yīng)的理想材料。

7 催化應(yīng)用

炭材料作為催化劑或催化劑載體時(shí)，除傳統(tǒng)活性炭外，其他炭材料包括石墨烯、炭凝膠、碳納米管等作為催化劑載體的應(yīng)用也引起廣泛關(guān)注。在石墨炭量子點(diǎn)上引入含氮芳香族分子(如二芐基吖啶)是制備活性O(shè)RR碳催化劑的有效途徑；在溫和的水熱條件下，炭凝膠有效催化纖維素水解；磺化多壁CNTs催化甘油三酯與甲醇酯交換合成生物柴油；以海參籽油為原料、硅烷化CNTs為催化劑同樣可合成生物柴油；炭球上沉積銅納米顆粒有效促進(jìn)CO2光轉(zhuǎn)化成甲酸；以炭微球?yàn)樘吭?，在其表面?fù)載三聚氰胺磷酸鹽作為酸源與氣源，形成“三源”一體的炭微球基三聚氰胺磷酸鹽復(fù)合阻燃劑，通過催化聚對(duì)苯二甲酸乙二醇成炭從而達(dá)到阻燃與抑煙目的；炭陰極催化劑取代現(xiàn)有的鉑催化劑用于聚合物電解質(zhì)燃料電池，B、N共摻雜炭比單獨(dú)摻雜B或N的炭具有更高的還原反應(yīng)活性；由木質(zhì)素制備的活性炭負(fù)載Pd能催化氯仿的加氫脫氯；N摻雜改性促進(jìn)Pd/活性炭復(fù)合物對(duì)4-氯苯酚的加氫反應(yīng)的催化作用；炭材料作為添加劑用于增強(qiáng)半導(dǎo)體的光催化性能是一種有效的策略，比如，TiO2/C復(fù)合物促進(jìn)活性炭在太陽光下催化降解工業(yè)廢水中的生態(tài)毒性物。

8 環(huán)境應(yīng)用

在環(huán)境應(yīng)用中，炭材料通過吸附或降解各種污染物與有毒物，達(dá)到空氣凈化、水處理及廢棄物降解轉(zhuǎn)化等目的，這些炭材料包括活性炭、多孔炭、炭纖維等炭質(zhì)材料，及其金屬負(fù)載改性的復(fù)合材料。

空氣凈化:以花粉或北海道日本冷杉為炭前驅(qū)體形成的活性炭能高效吸附CO2；以委內(nèi)瑞拉石油焦為原料形成的多孔炭吸附劑能有效去除天然氣中的H2S和Hg。

水處理：由木材殘留物制成的活化生物炭，能有效去除含金屬廢水中的銅；由巴巴蘇椰子果皮合成具有高表面積和孔隙率的活性炭，能有效吸附紡織工業(yè)廢水中陽離子染料亞甲基藍(lán)；雙膦酸化CNTs作為水介質(zhì)中高毒性汞離子的有效吸附劑，最大吸附量達(dá)223 mg/g；以硅膠為模板通過裂解蔗糖制備的介孔炭，能吸附回收工業(yè)廢水中的鎵；以鋰離子為模板離子、2-羥甲基-12-冠醚-4為捕獲劑、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，設(shè)計(jì)合成磁性碳納米球表面的離子印跡聚合物，在水介質(zhì)中能選擇性識(shí)別和回收鋰；以哥倫比亞煤為原料制得活性炭，通過吸附從氰化液中回收金。

廢棄物降解轉(zhuǎn)化：石墨烯負(fù)載TiO2/Fe2O3納米粒子可增強(qiáng)對(duì)甲基橙染料的光催化降解性能；多孔炭催化劑在熱催化甲烷分解方面具有高的初始活性，但由于積炭，炭黑在長(zhǎng)期反應(yīng)中性能優(yōu)于活性炭和介孔炭。

9 氣體分離和儲(chǔ)存

炭材料在氣體分離和儲(chǔ)存方面的應(yīng)用主要涉及CO2分離與捕獲。膠囊化離子液體解決了其在CO2減排中的傳質(zhì)限制；由聚氨酯泡沫廢料制備高CO2儲(chǔ)量活性炭；介孔石墨烯/鋁基MOF復(fù)合材料吸附CO2、H2和CH4氣體；利用分子動(dòng)力學(xué)模擬和量子化學(xué)計(jì)算揭示石墨烯對(duì)CO2的高選擇性吸附規(guī)律；還原氧化石墨烯負(fù)載聚乙烯亞胺用于捕獲CO2；此外，利用納米多孔石墨烯-石墨烯氧化物和活性炭纖維的吸附差異進(jìn)行重水的分離。

10 健康、醫(yī)藥和生物領(lǐng)域的應(yīng)用

炭材料因具有良好的生物相容性，主要應(yīng)用在組織再生植入材料、藥物載體、生物傳感器等方面。

在組織再生方面，炭纖維布有望取代生物陶瓷磷酸鈣材料用于骨再生；將生物活性層(多層SiC/Mg、磷灰石/殼聚糖、石墨烯)涂覆在炭纖維上，可提高骨組織生物活性；氧化石墨烯納米片與殼聚糖靜電電紡納米纖維相結(jié)合，可滿足再生組織在生理方面的要求。

在藥物載體方面，以粒狀活性炭為載體，通過化學(xué)共沉淀法制備活性炭負(fù)載錳鋅鐵氧體磁性復(fù)合材料，在酸性(pH=3)條件下能吸附和解吸對(duì)乙酰氨基酚藥物；石墨烯納米血小板復(fù)合物作為一種低成本的替代血液吸附劑可快速去除促炎性細(xì)胞因子。

在生物傳感方面，用單克隆抗體修飾多壁CNTs作為生物傳感器，對(duì)前列腺特異性抗原具有高選擇性的生物識(shí)別能力；以稻殼為硅質(zhì)炭前驅(qū)體能體外吸附雙氯芬酸鈉；以L-/D-色氨酸為碳源和手性源一步水熱法合成手性碳量子點(diǎn)，因具有獨(dú)特的手性與光學(xué)特性，在手性識(shí)別和醫(yī)學(xué)檢測(cè)方面具有潛在的應(yīng)用。2018世界炭會(huì)議期間，主辦方首次定制了APP客戶端Carbon 2018，既為參會(huì)者提供便捷，又方便會(huì)場(chǎng)資料永久保存，最大限度實(shí)現(xiàn)無紙化辦公，很好地體現(xiàn)了炭材料服務(wù)低碳社會(huì)的宗旨。圍繞本次會(huì)議內(nèi)容，以下趨勢(shì)值得關(guān)注：

碳納米管、石墨烯及碳量子點(diǎn)等作為發(fā)光層或其他功能層，應(yīng)用于電致發(fā)光器件；

因應(yīng)能源材料中鋰、鎵等金屬日益增長(zhǎng)的巨大需求，炭材料在提取并回收稀有金屬領(lǐng)域中的作用日益凸顯；

炭材料作為藥物載體與組織再生植入材料的應(yīng)用，體現(xiàn)了碳的健康性。

正如 P.L.Walker所言“carbon-an old but new material-The continuing story”，歷久彌新，“碳”無止境。