專著背景簡介
當今社會中，高分子材料，例如塑料、橡膠和合成纖維等，被廣泛應用于眾多領域，隨處可見。據統計，2021年我國塑料制品產量高達8000萬噸，產量和消費量均居世界第一。巨量的高分子材料生產與消費，既消耗了大量化石資源，又因棄用后的不當處置給環境造成了壓力甚至危害（例如，“白色污染”）。如何對棄用高分子材料實現高值化回收再利用，減少焚燒和泄漏到環境中的負面影響，降低生產高分子材料的化石資源消耗及其整個生命周期中產生的碳排放，將助力實現“碳中和”，已成為全球廣泛關注的焦點。
根據聚合物轉變成碳材料的產率，一般將聚合物分為成炭聚合物和非成炭聚合物。開展聚合物碳化反應的研究在以下三方面具有重要意義：第一，為棄用高分子材料的回收再利用提供新方法，促進節能減排與可持續發展；第二，為制備高性能碳材料（例如，富勒烯、碳納米管、石墨烯等）提供新途徑，并促進在能源存儲與轉換、環境修復等領域的應用；第三，在提高聚合物阻燃性能和高技術領域（例如航天體外殼保護）的方面具有重要的應用價值。
專著內容簡介
中國科學院長春應用化學研究所從2003年就開展了聚合物碳化反應基礎研究及其應用研究的工作。本書是基于作者團隊近20年創新研究成果的總結，同時匯集了國際最新相關研究進展。本書由唐濤、龔江、宋榮君負責策劃、擬定思路和撰稿，共分八個章節。
第1章是緒論。
第2章總結了典型的聚合物碳化反應實施方法，例如：高溫分解碳化法、水熱碳化法、組合催化碳化法、裂解/化學氣相沉積碳化法、預交聯/高溫碳化法等，論述每種碳化方法原理與適用范圍，闡述碳化過程中降解反應和碳化反應的協同機理，以及碳材料的織態結構和表面化學結構的調節機制。
第3章介紹了利用聚合物碳化反應制備不同維數的碳材料，包括零維的碳納米點、碳球、富勒烯等，一維的碳納米纖維、碳納米管、杯疊碳納米管等，二維的石墨烯和碳納米薄片，以及三維的碳分子篩膜、碳泡沫和碳/碳復合材料等；我們以碳材料的結構和形貌調控為切入點，著重介紹控制聚合物的碳化反應來精確調控碳材料生長的機制。
第4章介紹了催化聚合物成碳阻燃的研究進展，也即是通過添加納米粒子催化聚合物的碳化反應從而原位構筑致密、均勻、連續的炭保護層，實現高分子材料阻燃的目的。
在第5章到第7章中，介紹聚合物基碳材料在超級電容器、鋰離子電池和吸附與分離中的應用，闡述碳材料結構形貌與相關性能的關系。
第8章為總結與展望。
本書適合于從事聚合物降解與回收、聚合物改性與阻燃、碳材料制備與應用領域的科研人員閱讀，也可作為高校相關專業教師教學與學生學習的參考書。
本書是全面介紹國內外有關聚合物碳化反應及其應用的第一部專著。盡管我們已付出最大努力，但限于水平和經驗有限，書中難免有疏漏或不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
作者致謝
本書在撰寫過程中得到了“高性能高分子材料叢書”總主編蹇錫高院士及編委會專家的大力支持，在組織和編寫過程中得到了科學出版社責任編輯翁靖一女士的大力幫助，在出版過程中得到了科學出版社的相關領導與編輯的大力支持與幫助，在此深表感謝！衷心感謝高分子領域同行和朋友們長期的關心、鼓勵與支持，感謝中國科學院長春應用化學研究所多年來為作者團隊提供的優越工作條件與大力支持，感謝曾經和目前在作者團隊中工作與學習的所有老師和研究生的辛勤付出與努力！衷心感謝國家自然科學基金委多年來以不同項目形式對作者團隊的大力支持與資助。感謝科技部863計劃項目、中國科學院“百人計劃”項目、吉林省科技廳、湖北省“百人計劃”項目、華中科技大學人才引進基金的支持與資助。最后，衷心感謝國家科學技術學術著作出版基金的資助。
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作者簡介
唐濤 博士，中國科學院長春應用化學研究所研究員、博士生導師、所學術委員會常委。1985年在大連理工大學（原大連工學院）獲工學學士學位，1988年在華東理工大學（原華東化工學院）獲工學碩士學位，1991年在中國科學院長春應用化學研究所獲得理學博士學位。1992年至今，在中國科學院長春應用化學研究所工作；其間，1996年~1997年在英國拉夫堡大學訪問研究。先后獲得中國化學會青年化學獎、中國科學院自然科學二等獎、國務院政府特貼，2005年獲得國家自然科學杰出青年基金資助。
主要從事聚合物多相材料的可控制備及其應用研究，包括聚合物發泡材料、聚合物碳化反應及其在阻燃與可控回收再利用的應用、聚合物納米復合材料、支化/接枝聚合物設計與合成。提出了聚合物納米復合體系結構調控新方法，建立了聚合物共混物界面張力、分散相尺寸與增容劑濃度的真實定量關系，被國外學者稱為“Tang-Huang”方程。在聚合物熔體行為與發泡加工調控方面，發明了有效調控聚合物發泡行為與泡孔結構的方法，三項發泡技術實現產業化，產品應用于風電、核電及汽車領域。發明了組合催化促進聚合物碳化方法，實現非成炭聚合物高效碳化生成碳納米材料，為廢舊聚合物高值化回收再利用、提高聚合物阻燃性能提供了新思路。發表論文350余篇，合作出版專著4個章節，授權發明專利70余件。擔任中國復合材料學會微納米復合材料專業委員會副主任、SAMPE中國大陸總會聚合物發泡材料與多孔材料專業委員會副主任，“Composites Science and Technology”、“Journal of Cellular Plastics”、“中國塑料”等期刊編委。
龔江 博士，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導師。2010年本科畢業于四川大學高分子科學與工程學院。2015年博士畢業于中國科學院長春應用化學研究所，導師: 唐濤研究員。2015~2017年在德國馬克斯-普朗克膠體界面研究所做博士后研究，合作導師: Markus Antonietti教授和袁家寅教授。2017~2018年在美國得克薩斯州大學圣安東尼奧分校做博士后研究，合作導師: 陳邦林教授。2018年10月加入華中科技大學。研究方向: (1)廢舊塑料可控降解-碳化制備單體、碳材料和金屬-有機框架 (MOF)材料，提出球磨法實現廢棄PET規模制備MOF (30噸/年)，采用可控碳化策略實現廢棄聚烯烴制備碳管(10噸/年)；(2)太陽能界面光熱轉換及其與熱電轉換、光催化降解和水蒸發發電等技術的集成應用。
累計在Progress in Polymer Science和Advanced Materials等國際期刊發表SCI論文147篇，其中第一/通訊作者79篇，H因子為47，被引用超過6300次，12篇論文被選為ESI高被引論文，4篇論文被選為ESI熱點論文。獲得15項授權的中國發明專利，另申請21項專利。入選斯坦福大學2023年度全球前2%頂尖科學家榜單。獲國際純粹和應用化學聯合協會(IUPAC)頒發的江教授新材料青年獎、湖北省海外高層次人才計劃等榮譽獎勵。主持國家自然科學基金和企業合作項目等15項。擔任能量轉換與存儲材料化學教育部重點實驗室秘書、EcoEnergy期刊客座編輯，擔任SusMat (中科院1區top期刊，影響因子27.8)、Carbon Energy (中科院1區top期刊，影響因子20.5)、Journal of Materials Science & Technology (中科院1區top期刊，影響因子10.9)、Rare Metals (中科院1區top期刊，影響因子8.8)、Tungsten (影響因子6.6)、eScience、Nano Research Energy、Exploration、Energy Materials和Green Carbon等11個期刊的青年編委，擔任Chemical Society Reviews和Advanced Materials等136個國際期刊的審稿人。指導學生獲得第二屆“創青春”中國青年碳中和創新創業大賽華中金獎、全國銀獎，國家獎學金(2次)，湖北省大學生化學(化工)學術創新成果報告一等獎(4項)等榮譽獎勵。指導學生獲批國家級大學生創新訓練項目(3項)。
宋榮君 博士，東北林業大學副教授、碩士生導師。1999年在撫順石油學院獲理學學士學位，2004年在遼寧石油化工大學獲理學碩士學位，2007年在東北大學/中科院長春應化所材料物理與化學專業獲工學博士學位。2007年–現在，在東北林業大學工作。其間，2014年~2015年在澳大利亞聯邦科工組織材料科學與工程部墨爾本分部訪問研究。長期從事聚合物碳化與阻燃，其中重點從事廢舊塑料碳化制備碳納米材料的研究。
取得的研究成果：（1）發現了固體酸與鎳基化合物的組合催化碳化體系，有效擴大了組合催化體系的應用范圍，為廢舊聚合物高值化回收再利用提供新策略；（2）利用組合催化劑原位碳化聚合物合成C-C和C-Si基復合材料，并成功應用于鋰離子電池方面；（3）利用模板法碳化聚合物制備分級多孔炭，并成功應用到超級電容器電極上。2015年獲黑龍江省自然科學一等獎1項。以第1作者或通訊作者在Chemistry-A European Journal、Macromolecular Rapid Communications、Microporous and Mesoporous Material和Industrial & Engineering Chemistry Research等雜志發表論文30余篇，出版教材1部，授權發明專利5件。