火箭激发的反应产生了创纪录表面积的碳

康奈尔大学的研究人员利用火箭燃料点火引发的化学反应，设计了一种具有有史以来最高表面积的纳米多孔碳，这一突破已经被证明对二氧化碳捕获和储能技术有益

科学家们一直在努力提高碳的孔隙率，这会暴露出更多的材料表面，并优化其在吸附污染物和储存电能等应用中的性能。

ACS Nano杂志上详细介绍的一种新的合成技术将碳的表面积推到了前所未有的每克4800平方米，相当于一茶匙材料中足球场的大小

康奈尔大学工程学院材料科学与工程系的Walter R.Read教授、资深作者Emmanuel Giannelis说：“单位质量有更多的表面积非常重要，但你可以达到一个没有剩余材料的地步。它只是空气。”“因此，挑战在于你可以引入多少孔隙率，同时留下多少结构，以及足够的产量来做一些实际的事情。”

为了应对这一挑战，Giannelis招募了博士后研究员Nikolaos Chalmpes，他一直在使用自燃反应来设计材料，当某些化学物质混合并释放出快速、强烈的能量时，自燃反应会自发发生。

“我试图了解如何利用和控制这些未探索的反应来合成各种碳纳米结构，在调整了各种参数后，我发现我们可能能够实现超高孔隙率，”该研究的主要作者Chalmpes说。“在此之前，这些反应仅用于火箭和飞机系统，以及用于推进和液压动力的深空探测器。”

该技术始于蔗糖和模板材料，以帮助将碳塑造成结构化形式。当与特定化学物质混合时，自燃反应点燃，形成碳管，其中含有由五个碳原子组成的高浓度反应性分子环，而不是大多数碳结构中常见的六元环

最后一步是用氢氧化钾处理材料，这会蚀刻掉不太稳定的结构，形成一个复杂的微观孔隙网络

Giannelis说：“当你做出这种非常快的反应时，它会创造一个完美的情况，在这种情况下，系统无法放松并达到其通常会达到的最低能量状态。”。“由于自燃反应的速度，你可以在亚稳态结构中捕获材料，这是正常反应缓慢加热无法获得的。”

与康奈尔大学和希腊国家科学研究中心Demokritos的合作者一起，研究人员证明，纳米多孔材料可以以传统活性炭的近两倍容量吸附二氧化碳，并且可以在短短两分钟内捕获其总容量的99%，使其成为同类中作用最快的吸附剂之一

这种新材料在储能方面也显示出希望，其体积能量密度为每升60瓦时，是商用活性炭的四倍

“这种方法为设计和合成适用于超级电容器的吸附剂、催化剂载体和活性材料的碳基材料提供了一种替代策略，特别是在需要空间效率的应用中，”Chalmpes说，他也在使用该技术制造新的纳米颗粒合金

“此外，自燃反应的独特实验条件为设计和合成具有增强性能的电催化剂提供了另一条途径。”