近日，比利时哈瑟尔特大学杨年俊团队/锡根大学姜辛团队联合发表AMR述评文章“Diamond Composite: A “1 + 1 > 2” Strategy to Design and Explore Advanced Functional Materials”。文章概述了课题组近年来运用“1+1>2”策略设计和合成各种金刚石复合材料的进展，展示了其在机械、物理、化学、生物等不同领域的应用。

关键词：金刚石复合材料, CVD生长, 1+1＞2策略

1 文章内容简介

金刚石复合材料（DCs）由金刚石（Dia）和其基体上均匀分布的第二相构成。通过控制调节金刚石与第二相的生长条件、组成和取向，两者的性能能相互补充，实现DCs具有可控的热膨胀系数、硬度、附着力及光/电化学特性，使它们在机械、物理、化学和生物医学应用中具有极高的潜力。自1992年开始，课题组通过化学气相沉积（CVD）技术首次制备出金刚石/β-碳化硅（Dia/β-SiC）复合材料。随后对Dia/β-SiC的相分布、结晶度和取向等进行了精确控制，构筑了DC材料体系，并将其应用于各个领域。基于Dia/β-SiC复合材料，近年来课题组使用不同CVD技术制备新型DCs材料，包括金刚石/碳化物、氧化物、氮化物、sp²-碳、金属、金属合金及有机复合物等。DCs的特点在于它们能够将金刚石的优异性能与其他组分的优势相结合，因此这种被称为“1+1>2”的策略可以用来实现各个组分之间的协同效应、改变界面间相互作用，对设计和探索先进金刚石功能材料具有重要意义。

文章总结了我们团队在金刚石复合材料（DCs）合成与应用方面的进展。首先概述了它们的典型合成方法；接着详细介绍了不同的金刚石/β-碳化硅（Dia/β-SiC）的机械和物理特性，重点展示了这些复合材料的应用实例。第三部分阐述了其他具有光/电化学特性的DCs的合成和应用，主要包括金刚石/石墨烯复合材料对氧还原/氧化反应（ORR/OER）的电催化作用及其对应柔性锌空气电池性能、金刚石/氧化物（碳化物）复合材料在超级电容器构建的应用、金刚石/TiO₂复合材料在光电化学降解环境污染物的应用、及基于金刚石/金属复合材料的电化学传感应用等。最后从合成、表征、应用等角度展望了DCs的未来前景。

2 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会？

作者团队：

我们采用“1+1>2”策略已设计和合成多种DCs，并对它们的力学、电学、化学、生物等方面应用进行了大量探讨。但在开发具有成本效益和可重复性的合成方法方面仍然具有挑战。

（1）新型合成方法的开发：通过改进生长控制合成技术来调整DCs的形态、结晶度、晶粒尺寸和表面积等方面存在许多研究机会。进一步优化和开发新的合成方法，以实现DCs材料的大面积、高效制备和可控制备具有较高研究价值。

（2）材料表征和优化：各种新型先进DCs的表征，特别是它们的原子相结构需要使用最先进的原位和非原位技术，如原位电化学拉曼、红外和阻抗光谱。特别关注应聚集在了解金刚石相与引入组分的相互作用，比如需要通过光谱方法详细阐明包括潜在的化学键形成。

（3）进一步加强DCs内物质的相互作用能力：增强相内的相互作用是扩大DCs功能和应用实例的必要条件。可能的方法包括利用过渡金属二硫化物、过渡金属氮化物、单原子催化剂、共价/金属有机框架和导电聚合物作为复合材料的对应相。特别值得一提的是，尽管已经在金刚石表面合成了sp²-C材料（例如，石墨/石墨烯），但具有不同碳材料杂化状态的复合材料具有优越的性能，因此探索涉及sp³-C金刚石和类似于石墨二炔的sp-C的金刚石复合材料的合成具有重要理论和实际意义。

3 AMR：您对该领域的发展有何种愿景？

作者团队：

我们对DCs领域的发展有着积极的愿景。金刚石复合材料（DCs）的研究将会不断取得突破性进展，从而成为未来材料科学和工程的关键领域之一。

（1）我们期待着在合成方法方面取得更大的进步，开发出更加高效、环保和可控的合成技术，以实现DCs的大规模生产，并且能够在各种工业应用中广泛应用。

（2）我们希望看到DCs在不同领域的应用得到进一步拓展和深化，扩展到超出上述领域-进入极端环境下的耐磨涂层、各种电子/光电子设备、电化学能量存储（例如，多价离子超级电容器、混合电池）、柔性/可穿戴电子设备和纳米孔测序等将揭开新的研究途径。

（3）我们希望通过进一步努力使DCs的性能不断提升。通过进一步理解其结构与性能之间的关系，设计出具有更高的强度、更好的导电性、更强的耐腐蚀性等特性，从而满足不同应用场景的需求。

（4）我们希望DCs的研究能够为可持续发展做出贡献。通过开发出更加环保和可再生的材料，减少对自然资源的依赖，降低能源消耗，并且减少对环境的负面影响。

总的来说，我们对DCs领域的发展充满信心，DCs将会成为未来材料科学和工程的重要组成部分，为科技发展和进步做出重要贡献。

作者团队简介

杨年俊（本文通讯作者），比利时哈瑟尔特大学（Hasselt University）化学系和材料研究所（IMO-IMOEC）电化学与催化学教授。主要从事功能材料的设计、合成、表征及其在电化学能源转化/电化学能源存储/电化学传感等方面基础与应用研究。

姜辛，德国锡根大学（University of Siegen）C4级终身教授。1991年于德国亚琛工业大学获得自然科学博士学位，1998年获德国布伦瑞克工业大学教授资格。研究领域涉及功能薄膜的生长和可控制备，纳米材料的合成和物性研究，材料界面设计及机理研究，薄膜及纳米新材料的表面功能化。

陈欣悦，德国锡根大学博士研究生。师从姜辛教授、杨年俊教授。主要研究方向为在纳米材料的合成及其在能源转换领域的应用。

董茜曼，德国锡根大学博士研究生。于2021年获得天津大学硕士学位。研究方向为在光电化学材料的设计及其在电化学能量存储中的应用。

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Diamond Composite: A “1 + 1 > 2” Strategy to Design and Explore Advanced Functional Materials

Xinyue Chen, Ximan Dong, Xin Jiang, and Nianjun Yang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00243

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