转载本文请联系AMR编辑部获取授权，同时请注明本文来自材料研究述评（英文）科学网博客。

浙江大学王勇教授团队的AMR述评文章 “Morphological Control of Biochar with Emerging Functionalities by Thermodynamic and Kinetic Approaches” 在线发表。文章总结了低温水热对多功能生物炭材料形貌与结构调控的热力学与动力学方法，聚焦材料的自组装过程以及在应用中的构效关系，同时对该领域未来的的机遇与挑战进行了展望。

基于热力学与动力学方法，从可再生碳源出发制备具有可控形貌和结构的多功能炭材料。

具有可控形貌和结构的功能炭材料的制备在材料化学领域一直占据着重要的地位，因此找到一种简单高效且经济环保的合成方法具有重要的意义。借鉴自然界中生物化石能源的形成过程，水热法被开发用于功能生物炭材料的合成。水热合成的生物炭表面含有大量的极性官能团，并可以通过不同温度煅烧控制官能团的数量，极大地拓展了材料的应用范围。然而传统水热法因其反应温度高，反应物之间组装能力弱，模板的热不稳定性以及复杂的后处理过程限制了其进一步发展，因此如何控制水热过程中聚合物的组装以及最终材料的形貌是一个亟需解决的问题。鉴于此，浙江大学王勇团队开发出一系列方法，得到大量具有特定形貌的功能生物炭材料。

本篇综述基于该课题组的工作总结了生物炭材料水热合成的最新进展，主要包括（1）通过动力学控制的软模板策略制备有序多孔材料；（2）通过聚合物/聚电解质辅助改良的水热法简单高效得到单分散纳米颗粒及其超结构；（3）通过控制堆积参数或利用模板性质（e.g., 模板的热不稳定性）实现材料的不对称组装和各向异性生长。最后，介绍了生物炭材料在不同领域的应用，并对其未来可能遇到的机遇与挑战进行了展望。

NO.1

AMR：请问您选择该领域的初心是什么？

作者团队：

生物质作为可再生原料的使用符合绿色化学的概念。除了生物炭的可持续性外，将生物质转化为功能材料也为提高制造产品的价值提供了有效途径。同时从生物质到功能材料的合成过程中有许多有趣的科学问题值得去发现并解决。团队也将持续探索以生物质及其衍生物为基础合成具有可控形态、多孔结构和功能表面炭材料的新型绿色方法。

NO.2

AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

目前合成特定结构的生物炭材料基本以小分子（e.g., 单糖）作为前驱体，相比于大分子生物质，小分子的水热炭化温度更低，反应过程更可控。但在自然界中大量的生物质都以聚合物的形态出现，比如纤维素、木质素、动物脂肪等。发展大分子生物质到功能材料的高效反应途径具有重要意义，这将对未来生物废弃物的处理方法提供新的可能。

回到水热反应本身，水热炭化是一个极其复杂的反应过程，中间涉及到很多复杂的化学反应，至今人们对其真实的反应过程仍不太了解。因此我们需要找到可以对其反应过程进行监测的手段，同时发展出新的理论模型对其进行评估和预测，揭开这个黑盒反应的神秘面纱。

NO.3

AMR：请问您对该领域的人才培养有何种倡议？

王勇教授：

材料合成特别是自组装合成领域还没有一套成熟的理论来指导我们合成特定的材料，但这并不意味着材料合成是一项经验性的工程，相反我们需要去阅读各个领域的文献学习他们所提出的不同材料合成的机理，而不仅仅是说我做炭材料只看炭材料文献，做二氧化硅只看二氧化硅的文献。在没有明确理论指导的情况下我们更要集百家之长，融会贯通。

其次如何评估我们合成的材料是否具有实际的应用价值，是一个值得我们思考的问题。这就要求我们在设计材料时需要从实际的某个应用点出发，根据应用的需求来合成理想的材料，而不是盲目地合成新材料，特别在能源资源日益短缺的今天，这样的思考更具有实际意义。

Morphological Control of Biochar with Emerging Functionalities by Thermodynamic and Kinetic Approaches

Xie Zhang, Chunhong Chen*, Chenyang Tang, and Yong Wang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00012

投稿指南
目前Accounts of Materials Research的投稿主要基于编辑团队的邀请。如您有意投稿，请先按照Author Guidelines的要求准备并投递proposal， 编辑团队会对您的proposal进行评审。如果proposal被接受，我们将向您发送投稿邀请。扫码阅读作者指南，下载proposal form：