以稻草為原料,經(jīng)環(huán)保型活化劑KHCO3和三聚氰胺活化制備N摻雜多孔孔碳

具有適當(dāng)調(diào)節(jié)成分和孔隙率的分層結(jié)構(gòu)碳對(duì)于儲(chǔ)能能力至關(guān)重要。本文,浙江大學(xué)浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院盛奎川教授團(tuán)隊(duì)在《Energy Fuels》期刊發(fā)表名為“Green Synthesis of Nitrogen-doped Porous?Carbon?Derived from Rice Straw for High-performance Supercapacitor Application”的論文,研究以豐富的稻草為原料,在三聚氰胺存在下,經(jīng)水熱處理和KHCO3煅燒制備N摻雜多孔碳材料。

用KHCO3活化后,多孔樹脂收率提高約50%碳和性能可與KOH媲美。額外添加的三聚氰胺不僅引入了含氮官能團(tuán),而且提高了中孔率和比表面積(2786.5 m2 g–1)。同時(shí),潤(rùn)濕性和導(dǎo)電性得到改善。所得的氮摻雜多孔碳在1Ag?–1處表現(xiàn)出317Fg–1的出色電容。制成的對(duì)稱超級(jí)電容器顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能(5000次循環(huán)后99.4%的保留率),合理的倍率性能以及18.4Whkg–1的最大比能。本研究為通過綠色合成策略將生物廢棄物有效轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能材料提供了一種有前景的方法。

稻草衍生氮摻雜多孔碳的綠色合成,用于高性能超級(jí)電容器
方案1.稻草制備PC的示意圖。(合成后的N摻雜PC被命名為AC-KB-M)
稻草衍生氮摻雜多孔碳的綠色合成,用于高性能超級(jí)電容器
圖1.(a)HC,(b)AC-KB-2,(c)AC-KB-4,(d)AC-KB-6,(e)AC-KOH和(f)AC的SEM圖-KB-M。

 

稻草衍生氮摻雜多孔碳的綠色合成,用于高性能超級(jí)電容器
圖2.(a)N 2吸附/解吸等溫線,(b)PSD,(c)XRD圖,以及(d)AC-KB-2、4、6,M和AC-KOH的拉曼光譜。(e)AC-KB-6,M和(f)AC-KB-M的N 1s XPS。水滴在(g)AC-KB-6和(h)AC-KB-M上的接觸角。

 

稻草衍生氮摻雜多孔碳的綠色合成,用于高性能超級(jí)電容器
圖3. AC-KB-2、4、6,M和AC-KOH的電化學(xué)性能。(a)20 mV s –1的CV曲線。(b)1 A g –1恒電流充放電(GCD)曲線。(c)奈奎斯特地塊。

 

稻草衍生氮摻雜多孔碳的綠色合成,用于高性能超級(jí)電容器
圖4. AC-KB-M的電化學(xué)性質(zhì)。

 

本文報(bào)道了一種以稻草為原料,經(jīng)環(huán)境友好型活化劑KHCO3和三聚氰胺活化制備N摻雜微介孔碳的綠色高效策略。證明了弱堿性鉀鹽能有效地在氫焦中形成孔隙。低成本、可持續(xù)、綠色的合成策略有望產(chǎn)生大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn),以滿足可持續(xù)能源儲(chǔ)存的需求。

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