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研究思路

      在之前的工作中，張文禮教授課題組發(fā)現(xiàn)對(duì)生物質(zhì)前驅(qū)體進(jìn)行預(yù)處理的方法能提高其衍生硬炭負(fù)極的平臺(tái)容量。通過(guò)對(duì)前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，能夠得到具有大閉孔體積的硬炭負(fù)極。這些孔隙在高溫下難以閉合，形成的閉合孔隙較少，從而降低了平臺(tái)容量。利用刻蝕劑處理前驅(qū)體，能夠得到不同孔隙特征的前驅(qū)體材料，不同的孔隙影響了閉孔的形成，因此選擇性地進(jìn)行前驅(qū)體結(jié)構(gòu)調(diào)控，能夠得到孔隙更容易閉合的硬炭負(fù)極。

     本文利用氫氧化鈉作為刻蝕劑，選擇性地低溫刻蝕竹纖維中部分的木質(zhì)素和半纖維素。選擇性的刻蝕破壞了竹子緊密的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，提高了竹纖維中的纖維素含量。竹纖維的纖維素含量提高可以提高硬炭的有序度，有利于在高溫碳化下封閉開(kāi)放的空隙，從而制備出高封閉孔體積的硬炭。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的硬炭的封閉孔體積產(chǎn)生巨大的提升。在電化學(xué)性能方面與直接炭化竹子制備的硬炭BHC相比，BHC5的平臺(tái)容量提高了88 mAh g⁻¹。這種預(yù)處理策略可以擴(kuò)展到制備一系列高封閉孔體積的生物質(zhì)硬炭負(fù)極材料。

為了獲得硬炭閉孔結(jié)構(gòu)參數(shù)以及明確硬炭?jī)?nèi)部閉孔與其電極電化學(xué)性能的構(gòu)效關(guān)系，本研究采用小角X射線散射技術(shù)(SAXS)分析了木質(zhì)素衍生硬炭閉孔的特征。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同的木質(zhì)素衍生硬碳具有顯著不同的微觀結(jié)構(gòu)。在散射矢量0.1 Å⁻¹處存在一個(gè)肩峰對(duì)應(yīng)的是硬炭中的納米孔，這是典型的閉孔炭的特征，肩峰處對(duì)應(yīng)的Q值越小說(shuō)明閉孔的直徑越大。研究人員進(jìn)一步通過(guò)對(duì)散射曲線的擬合計(jì)算得到了閉孔直徑、孔徑分布等相關(guān)參數(shù)。

廣東工業(yè)大學(xué)碩士研究生黃宗毅為本論文第一作者，廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院邱學(xué)青教授、張文禮教授為本文的共同通訊作者，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施BL19U2線站為本工作提供了SAXS機(jī)時(shí)支持。