化学词典告诉你碳纳米材料的现状及未来发展趋势。纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的结构型碳材料，主要包含富勒烯、纳米碳管、石墨烯和纳米介孔碳等。纳米碳材料具有稳定性好、强度高、比表面积高和来源丰富等特点，是最具发展潜力的新型纳米材料，现已应用于复合材料、超级电容器、贮氢材料、催化剂等能源化工领域，甚至成为高新领域中无法替代的材料。

纳米碳材料的现状

近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。

碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性。因此以碳元素为唯一构成元素的碳素材料具有各式各样的性质，并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得。事实上，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。表1给出了碳的化学键合及其形成的各种典型有机物、无机物和碳相的例子。

纳米碳材料的未来发展趋势

国家《新材料产业“十二五”发展规划》确定重点发展新型功能材料、先进结构材料及高性能复合材料等，近年来纳米碳材料研究的迅猛发展也为其在化工催化材料领域的开发应用提供了平台。未来最有可能实现工业化应用的产品是储能储氢器件、新型复合材料和催化剂。

作为催化剂载体，纳米碳材料可以与活性组分之间产生金属-载体相互作用和协同效应等，比传统催化剂具备更大的优越性。通过深入研究表面结构对活性的调控作用来进行催化剂设计，是未来催化材料的发展方向。从纳米碳材料的结构、表面修饰、界面效应及分散性能等方面入手，通过对纳米碳材料预处理可以设计并得到综合性能优异、高性价比的聚合物复合材料。有理由相信，随着对纳米碳材料的研究和产业化的不断深入，富勒烯、碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料能够实现大规模低成本的连续批量生产，其优异特性将实现突破性飞跃，未来在催化、储氢和复合材料等领域的应用也将会更加广阔。