人造材料可能引起电池、超级电容器、甚至最终碳捕获系统的突破。

人类设计的碳在人类活动产生的碳排放中发挥作用。（作者：Richard Martin）

斯坦福大学的研究团队提出了一种可调节的纳米级“Designer Carbons”材料，可使能量存储设备、太阳能电池板、及潜在的碳捕获系统具有更高的能量和效率。

近年来，Designer Carbons催化某些化学反应以及储存电能的能力获得提高，从而进入市场抢占具有类似瑞士奶酪结构的活性碳（Swiss-cheese-like structure of activated carbon）的份额。它的“设计（Design）”在于材料的化学成分、孔隙大小可调控以适应特定使用需求。

根据该研究（出版于最新一期的ACS Central Science）的通讯作者、斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao的说法，Designer Carbons“功能多且可控”。

“制备化学成分和形貌可控的高比表面积碳是非常具有挑战性的。”Bao说。她说，目前可行的方法“要么太贵，要么无法控制化学结构和形貌”。

Bao和她的团队代表了具有巨大潜力的各种清洁技术应用快速发展领域的最新发展。例如，总部位于西雅图的EnerG2开拓了Designer Carbons在一些领域的应用，特别是锂离子电池。取代石墨作为电池负极，获得了明显的性能提升——电池容量提高30%以上，EnerG2创始人兼CTO Aaron Feaver如是说。

本质上，Designer Carbons通过高温焙烧前驱体材料，并进行化学处理，从而制成具有巨大表面积的多孔3D结构。斯坦福谈对从一个形成相互关联骨架的复杂聚合物入手，在300至900℃范围内调节焙烧温度精确调节材料性能。获得的片状碳的厚度只有1纳米，每克的表面积超过4,000平方米。

Designer Carbons的成本通常比其他负极材料贵，特别是石墨，但Bao说斯坦福实验的原材料成本低于10美元（即每公斤碳的成本）。

纳米级厚的片状Designer Carbons提高了储能、太阳能光伏和碳捕获能力。

在斯坦福测试的应用中，最有前景的是锂硫电池和超级电容器这两种。相比于传统锂离子电池，锂硫电池具有不少优势，但也有一个严重的缺陷：多硫化锂的泄露导致电池失效。纳米多孔Designer Carbons可防止泄露的发生。

超级电容器是充放电速率都非常高的储能装置。Bao的团队发现以这种新型碳作为超级电容器电极时，其导电性是普通活性碳的三倍。

另一种Designer Carbons的形式是碳纳米管，适用于大量的应用，包括储能。2012年，麻省理工学院（MIT）科学家Joel Schindall公布了一种生长碳纳米管“森林”的方法，可用于制备储能能力与电池相当的超级电容器。

Designer Carbons最难以实现的应用可能是碳的捕获——一项谈了很多年，但始终没有经济收益的技术。具有一定尺寸的多孔Designer Carbons材料在二氧化碳的选择上显示出很大的潜力，二氧化碳会凝结在捕获系统的碳表面。

“我们的合成方法提供了一种非常灵活、可调的材料，完美正在开发适用于碳捕获的不同形式的碳。”Bao说。这项工作的相关论文刚刚提交到期刊。她这样补充。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜      校正：摩天轮