記者2月28日從合肥工業大學獲悉,該校機械工程學院生物質低碳技術與裝備研究所馬培勇教授團隊利用農林廢棄物成功制備出高性能二維碳材料,該材料在儲能方面具有良好的應用前景。相關成果近日發表于國際期刊《先進功能材料》。
在能源戰略轉型背景下,發展可再生潔凈能源和高效儲能裝置對“雙碳”目標的實現具有重要意義。二維多孔碳材料獨特的結構特性使其在儲能、催化、分離等領域展現出極大的潛力。但是,傳統制備方法工藝復雜、原材料昂貴、制備條件苛刻,不利于材料的規模化制備。因此,找到一種低成本、環保、高效的超薄二維多孔碳材料制備方法尤為重要。 研究人員發現,草酸鉀在熱解過程中首先作為反應物參與生物質熱解反應,其分解產物碳酸鉀則作為原位模板劑和活化劑。碳酸鉀通過活化外層碳結構形成納米孔,并調節碳材料的厚度和石墨化程度。研究人員還發現,在載氣中添加0.2%體積分數的氨氣,可以在不破壞超薄二維結構的情況下,實現氮原子摻雜并提高材料比表面積,每克碳材料比表面積達1802平方米。作為鈉離子電容器的正極,該材料表現出優異的電化學性能,特別是在0.1-2安培每克電流密度下,其容量保持率高達90.3%。二維多孔結構、高比表面積和豐富的吡啶氮含量,顯著增強了離子的傳遞和儲存,優化了載流子的吸附和解吸。 在此研究的基礎上,團隊利用來源廣泛的秸稈等農林廢棄物與草酸鉀,在氮氣氛圍下直接共熱解,成功制備出比表面積高、孔隙結構發達、碳層厚度可調的超薄二維多孔碳材料,其在電化學儲能方面展現出極大潛力。 馬培勇介紹,該成果可為開發低成本、綠色環保的二維多孔碳材料提供有益幫助。 (合肥工業大學供圖) |