Химики получили пористые углеродные наноструктуры из модифицированных сахаров
Исследовательская группа Национального института перспективной промышленной науки и технологий Японии (AIST) опубликовала в Journal of the American Chemical Society работу (онлайн-публикация 12 августа 2026 года; новостной релиз на английском языке вышел 23 октября 2026 года), в которой описывается способ получения нанопористых углеродных материалов. Вместо дорогостоящих шаблонов и агрессивных химических процессов авторы используют химически модифицированные сахара — и сам тип молекулы определяет, какая именно наноструктура получится в итоге.
Проблема традиционного подхода
Нанопористый углерод — материал с огромным количеством мелких пор — широко применяется в электродах батарей, суперконденсаторах и носителях катализаторов. Стандартный метод производства требует шаблона: в поры специального каркаса заливается прекурсор углерода, затем каркас удаляется с помощью высоких температур или концентрированных кислот. Необходимость изготавливать и удалять такой шаблон усложняет процесс и увеличивает расход ресурсов.
Авторы из AIST предложили обходной путь: вместо внешнего шаблона — самоорганизующийся прекурсор.
Как сахар сам строит себе структуру
Ключевое изменение — химическая модификация привычных сахаров: сахарозы и фруктозы. К молекуле сахара добавляется алкильная цепочка (углеводородный «хвост»). Полученный прекурсор помещается в условия гидротермальной обработки — нагрев в воде под давлением. В этих условиях происходят реакции конденсации, и молекулы самостоятельно выстраиваются в упорядоченные нанометровые структуры.
Принципиально важно: тип «головной» группы молекулы — то есть конкретный сахар и характер его модификации — определяет итоговую геометрию материала. Сахароза даёт нанопористый углерод со сферическими порами правильной формы, а другой тип модификации приводит к слоистой наноструктуре углерода. Это означает, что, выбирая прекурсор, химик заранее задаёт архитектуру продукта.
Внешний жертвенный шаблон и отдельная операция его удаления здесь не требуются. Дополнительный высокотемпературный обжиг может потребоваться отдельно — для повышения электрической проводимости материала, если его планируется использовать в электродах. Поэтому отсутствие внешнего шаблона не означает отсутствия нагрева на всех стадиях.
Где пригодятся новые материалы
Учёные AIST называют три основных направления:
- Электроды для аккумуляторов и суперконденсаторов, где высокая площадь поверхности пористого углерода повышает ёмкость
- Носители катализаторов в химической промышленности, где поры обеспечивают доступ реагентов к активным центрам
- Каркасы для химических реакций с контролируемой геометрией пор
Авторы рассматривают метод как платформенный: модифицируя структуру прекурсора, можно систематически варьировать свойства конечного материала. Это открывает возможность конструирования нанопористого углерода с заранее заданными характеристиками — шаг к предсказуемому синтезу функциональных материалов «снизу вверх», с опорой на строение исходных молекул.
Читайте также: Наноточки из угля помогли создать тонкую изоляцию для новых транзисторов.
Работа вышла в Journal of the American Chemical Society в августе 2026 года. Авторы — Сиори Кубо, Джошуа Филип Бархам и Норихито Хиёси.
