Zeolites的納米多孔體系是合成三維（3D）石墨烯結(jié)構(gòu)的理想模板，但它們合成所需的高溫導(dǎo)致反應(yīng)非選擇性地發(fā)生。來(lái)自IBS納米材料和碳材料中心的團(tuán)隊(duì)通過(guò)在沸石孔中嵌入鑭離子（La3+）（一種銀白色金屬元素）來(lái)降低碳化所需的溫度。

十多年前發(fā)現(xiàn)的石墨烯，一種碳的同素異形體，已經(jīng)引發(fā)了無(wú)數(shù)的研究，試圖釋放其巨大的潛力。沸石，石油化學(xué)工業(yè)中常用的微孔固體催化劑，最近在材料科學(xué)領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注，作為碳合成的模板。每個(gè)單獨(dú)的晶體都以其獨(dú)特的1納米（nm）尺寸的孔結(jié)構(gòu)而著稱，這種結(jié)構(gòu)有利于碳納米管在沸石內(nèi)的適應(yīng)。在紙面上，這些納米多孔體系是合成三維（3D）石墨烯結(jié)構(gòu)的理想模板，但是沸石孔太小而不能容納通常用于碳合成的大分子化合物，如聚芳族和糠醇。像乙烯和乙炔這樣的小分子可以用作碳源，以在沸石孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)成功的碳化，但是它的成本很高。合成所需的高溫導(dǎo)致反應(yīng)在沸石的外表面以及內(nèi)部孔壁上非選擇性地發(fā)生，

來(lái)自IBS納米材料和碳材料中心的團(tuán)隊(duì)用一種新穎的方法解決了這個(gè)難題。第一作者KIMKyoungsoo博士解釋說(shuō)：“沸石模板碳合成已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間，但溫度問(wèn)題阻礙了許多科學(xué)家提取其全部潛力。在這里，我們的團(tuán)隊(duì)試圖通過(guò)嵌入鑭離子（La3+）找到答案。），一種銀白色金屬元素，在沸石孔中。這降低了乙烯或乙炔碳化所需的溫度。石墨烯樣sp2碳結(jié)構(gòu)可以在沸石模板內(nèi)選擇性地形成，外表面沒(méi)有碳沉積。除去沸石模板，碳骨架的導(dǎo)電率比無(wú)定形介孔碳高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這是一個(gè)非常驚人的結(jié)果。這種基于鑭離子的高效合成策略使得在直徑小于1nm的孔中形成碳骨架，與中孔模板一樣容易再現(xiàn)，因此提供了合成具有與沸石孔拓?fù)湎鄬?duì)應(yīng)的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的碳納米結(jié)構(gòu)的一般方法。，例如FAU，EMT，beta，LTL，MFI和LTA。此外，所有合成都可以很容易地?cái)U(kuò)大，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要-電池，燃料儲(chǔ)存和其他沸石狀催化劑載體?！耙虼?，提供了合成具有對(duì)應(yīng)于沸石孔拓?fù)涞母鞣N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的碳納米結(jié)構(gòu)的一般方法，例如FAU，EMT，β，LTL，MFI和LTA。此外，所有合成都可以很容易地?cái)U(kuò)大，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要-電池，燃料儲(chǔ)存和其他沸石狀催化劑載體?！耙虼?，提供了合成具有對(duì)應(yīng)于沸石孔拓?fù)涞母鞣N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的碳納米結(jié)構(gòu)的一般方法，例如FAU，EMT，β，LTL，MFI和LTA。此外，所有合成都可以很容易地?cái)U(kuò)大，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要-電池，燃料儲(chǔ)存和其他沸石狀催化劑載體。

IBS團(tuán)隊(duì)開(kāi)始利用La3+離子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。KIM博士闡明了為什么這種銀白色元素對(duì)團(tuán)隊(duì)有益，“La3+離子在碳化工藝條件下是不可還原的，因此它們可以留在沸石孔內(nèi)，而不是以還原金屬顆粒的形式移動(dòng)到外部沸石表面在孔隙內(nèi)，它們可以穩(wěn)定乙烯和中間縮聚，在沸石中形成碳骨架。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究小組比較了含有La3+的Y型沸石（LaY）樣品中的碳沉積量與許多其他樣品如NaY和HY的比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有LaY，NaY和HY沸石樣品在800℃下都顯示出快速的碳沉積。然而，隨著溫度降低，不同離子形式的沸石之間似乎存在顯著差異。在600℃下，LaY沸石仍然具有碳沉積模板的活性。相反，NaY和HY都幾乎完全失去了碳沉積功能。

根據(jù)他們?cè)凇白匀弧彪s志上發(fā)表的論文，結(jié)果強(qiáng)調(diào)了鑭對(duì)碳化的催化作用。通過(guò)制造具有3D周期性納米多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯，它承諾廣泛的有用應(yīng)用，例如電池和催化劑，但由于缺乏有效的合成策略，這些應(yīng)用尚未成功。通過(guò)在降低的溫度下利用孔選擇性碳填充，可以容易地?cái)U(kuò)大合成以用于需要大量碳的研究;特別是高導(dǎo)電性，這是電池生產(chǎn)中非常受歡迎的方面。