以配位聚合物为原料的碳纳米棒和石墨烯纳米带的合成方法

碳纳米棒（a）和石墨烯纳米带（b）的透射电子显微镜图像

以试制的碳纳米棒和石墨烯纳米带，以及通常使用的微孔炭作为电极材料的电容器的恒定电流充放电特性

日本产业技术综合研究所(简称“产综研”)2016年5月10日宣布，开发出了棒状及带状的纳米碳材料(即碳纳米棒和石墨烯纳米带)的新型合成方法。这种方法除了通常的化学反应和热处理以外，无需其他复杂的工序，能够简便且高效率地合成纳米碳材料。

过去合成石墨烯纳米带是通过电化学处理和等离子蚀刻等方式，将碳纳米管剥离、展开，存在工序复杂、产量低等课题。这一次，产综研开发出了以配位聚合物为原料的简便合成法。配位聚合物是大量金属离子与有机配体相互连接、结构类似攀爬架的固体材料。为了将这种材料内部规则排列的纳米微孔作为有效空间加以利用，世界各地都在开展相关研发。

产综研开发的方法是，在使用金属盐(醋酸锌)和能够与金属盐结合的有机配体，即2,5-二羟基对苯二甲酸(桥联配体)合成配位聚合物时，加入不能连接金属盐的配体(非桥联配体)，即水杨酸，从而遏制配位聚合物在特定方向的生长，合成棒状的配位聚合物。将这种棒状配位聚合物置于惰性气体中，在1000度下进行加热处理，就制成了形状稳定的碳纳米棒。

然后，在氢氧化钾(KOH)水溶液中对碳纳米棒进行超声波处理，之后在惰性气体中以800度的热处理进行激活，叠加成碳纳米棒的石墨烯就会分散开，得到石墨烯纳米带。在透射电子显微镜和原子力显微镜下进行观察的结果显示，碳纳米棒和由2～6层石墨烯组成的石墨烯纳米带的收获率良好。

这样制作的碳纳米棒和石墨烯纳米带与通常用作电容器电极材料的微孔炭相比，具有更好的充放电特性，有望成为高效率的能源储存及转化元件。今后，产综研还将利用这种方法，开发以配位聚合物为原料、形状可控的多种纳米碳材料。

上述技术相关成果的详情已于5月9日(英国时间)刊登在英国科学期刊《Nature Chemistry》的网络版上。