计算机模拟多孔碳,华南农业大学刘应亮教授课题组：废弃板栗壳制备多孔碳材料，用于用于储能设备...

本文要点：

1、通过用混合化学溶液部分降解板栗壳的组分来构建分级多孔碳材料(HPC)

2、用于储能设备的可持续和高性能材料

成果简介

华南农业大学刘应亮教授课题组在ACS Sustainable Chem. Eng期刊发表名为“Component Degradation-Enabled Preparation of Biomass-Based Highly Porous Carbon Materials for Energy Storage”的论文，研究通过一种简便有效的途径，部分降解原料的组分(例如，木质素，半纤维素和纤维素)来优化生物质基多孔碳材料的性能，目的：

(i)坍塌有机体增加材料的孔隙率

(ii)抑制由木质素产生的无孔碳薄片。

板栗壳作为碳原料具有优异的性能，所制备的分级多孔碳(HPC)的比表面积高达2621m2g-1。由于结构的优化，在能量装置中也实现了优异的电化学性能，基于HPC的超级电容器比对照样品(199.2 F g -1)和超级电容具有更高的吸引力393.1 Fg -1 -1在6.0M KOH系统中10000次循环后保留率高达96％。此外，在具有1.8V电压窗口的Na2SO4系统中，可以在220Wkg-1下提供23.8Whkg-1的优异的能量密度，在能量装置中具有潜在应用。

图文导读

图1.常规制备高度多孔碳的方法(黑色箭头)和本文制备方法(红色箭头)。

木质素含量的下降尤为明显，从37.4％降至25.3％。考虑到上述结果，组分的去除导致碳材料骨架的显着变化是合理的。一方面，生物质的三个主要组分的部分去除使生物体崩塌，从而可以提供与活化剂接触的丰富反应位点，并且可以有效地增强活化过程。另一方面，木质素的含量减少为抑制无孔碳片的形成提供了有利的环境。

图2.(a)在处理前板栗壳形态(b)处理后的形态(c)FTIR光谱和(d)HPC和CPC的质量百分比。

图3.HPC的SEM(a，b)和(d)TEM图像。(c)CPC的SEM图像。

图4.(a)N 2吸附 - 解吸等温线和(b)样品的PSD曲线。

图5.(a)CV和(b)HPC的GCD曲线和(c)三电极系统中HPC和CPC的电容。(d)样品的奈奎斯特图。

图6.(a)GCD和(b)HPC的CV曲线和(c)样品电容的比较。(d)样品的能量/功率密度。

总之，分级多孔碳材料的优异化学性能，如高电容，不同电流密度下的优异速率性能，以及超长循环寿命，主要归功于其开发的结构。首先，高表面积为电解质离子提供了丰富的吸附位点。此外，由孔形成的互连碳网络缩短了传输距离并加速了离子的快速传输，显着提高了器件的能力。

小结

本文从部分组分降解的角度构建生物质高孔隙度多孔碳材料的新方法，不仅增加了原料的孔隙率，而且抑制产生无孔碳板提供了有利的环境。值得一提，新方法充分利用具有成本效益和可持续的资源。此外，超高孔隙度和丰富的微/中孔结构在许多其他应用中也显示出巨大的潜力，包括气体储存，离子电池，药物载体和污染物处理。

参考文献：

Component Degradation-Enabled Preparation of Biomass-Based Highly Porous Carbon Materials for Energy Storage

DOI：10.1021 / acssuschemeng.9b02364

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