目前针对特定应用的功能化碳纳米纤维材料的理性设计、合成及性能优化，仍然是制约其实际应用的瓶颈。特别是廉价、宏量、可持续地制备碳纳米纤维气凝胶尚未实现。
近日，中国科学技术大学俞书宏研究团队以一种催化热解的方法来改变木质纳米纤维素的热解过程，首次以廉价的木材为原材料，制备了高质量的超细碳纳米纤维气凝胶材料，该成果以“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”为题，发表在《德国应用化学》杂志上。
木质纤维素材料广泛存在于自然界的植物中，由于其来源广、低成本且对环境友好，是一种理想的制备碳纳米纤维气凝胶的前驱物。
但是，由于木质纤维素纳米纤维极小的尺寸使其在热解制备碳纤维过程中剧烈收缩而无法保持纤维的形态，迄今为止尚没有使用木材为原材料成功制备碳纳米纤维气凝胶的先例。
为此，研究人员提出了一种催化热解的方法，通过使用对甲苯磺酸催化木质纳米纤维素在热解前期迅速脱水，并改变其热解过程和中间产物，使得纳米纤维素在热解后具有高碳产率的同时还能够保持良好的三维网状结构。该催化热解转化方法可将自然界中廉价丰富的前驱物材料转化为高附加值的碳纳米纤维材料，对于发展可再生材料的绿色化学合成具有指导意义。
超细碳纳米纤维气凝胶材料的制备过程
由该方法制备的超细碳纳米纤维平均直径仅为6 nm，具有很高的电导率和比表面积。因具有独特的三维网状结构和优异的性能，该碳纳米纤维气凝胶可以直接用于组装无需粘结剂的超级电容器，并且在纯碳超级电容器材料中表现出优异的电容性能。这种新型碳纳米纤维气凝胶还可应用于水体净化、电催化剂载体和电池电极材料等中。
