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新疆理化所利用棉花短絨制備出超高比表面積氮摻雜多孔碳材料

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新疆理化所利用棉花短絨制備出超高比表面積氮摻雜多孔碳材料

摘要: 　　新型碳材料的設(shè)計是當(dāng)前材料科學(xué)學(xué)習(xí)的一個熱點，碳材料可廣泛應(yīng)用于傳感、催化、儲能、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)制備碳材料的原料都是以化石資源為主，但隨著化石能源的大量消耗，環(huán)境問題也變得日益突出。因此，開 ...

　　新型碳材料的設(shè)計是當(dāng)前材料科學(xué)學(xué)習(xí)的一個熱點，碳材料可廣泛應(yīng)用于傳感、催化、儲能、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)制備碳材料的原料都是以化石資源為主，但隨著化石能源的大量消耗，環(huán)境問題也變得日益突出。因此，開展以可再生的、便宜的、綠色環(huán)保的生物質(zhì)為原料制備碳材料的學(xué)習(xí)具有重要的意義，也是可持續(xù)和綠色化學(xué)的目標(biāo)和方向。
　　中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)學(xué)習(xí)所資源化學(xué)學(xué)習(xí)室學(xué)習(xí)員張亞剛帶領(lǐng)其團(tuán)隊立足于新疆資源轉(zhuǎn)化，以新疆豐富的棉花短絨為原料，設(shè)計開發(fā)了新型碳纖維和功能型氮摻雜多孔碳材料。在前期的工作中，張亞剛團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)了一種以棉花短絨為原料，環(huán)保、低成本制備碳纖維的新工藝。在制備碳纖維過程中，采用了較為環(huán)保的纖維素氨基甲酸酯工藝（CarbaCell），該工藝與傳統(tǒng)制備再生纖維素的方法相比，不僅生產(chǎn)流程更簡便，而且在制備再生纖維素纖維過程中更環(huán)保。相關(guān)學(xué)習(xí)成果發(fā)表在國際刊物ACS Sustainable Chemistry  Engineering，2016， 4(10): 5585-5593上。
　　近日，張亞剛團(tuán)隊以棉花短絨為原料，經(jīng)纖維素氨基甲酸酯、溶液配制，碳化、活化等步驟制備出了氮摻雜多孔碳材料，該材料孔隙結(jié)構(gòu)可調(diào)，具有超高的比表面積，比表面積達(dá)到3700m2/g，氮含量達(dá)到7.7%。同時，系統(tǒng)地考察了不同的碳化溫度對試樣得率、元素組成、形貌、孔結(jié)構(gòu)的影響。
　　科研人員還對氮摻雜多孔碳的電化學(xué)性能和染料吸附進(jìn)行了評價，結(jié)果顯示，以該材料制備的超級電容器，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)5000次后比電容容量仍可保持初始容量的93-95%。此外，在濃度是1摩爾每升的H2SO4電解液中比電容容量達(dá)282 F/g，在6摩爾每升的KOH電解液中比電容容量達(dá)289 F/g，同時具有優(yōu)異的倍率特性。實驗結(jié)果表明，所制備的氮摻雜多孔碳具有優(yōu)異的染料吸附性能，對亞甲基藍(lán)的吸附容量達(dá)到1551mg/g。
　　相關(guān)學(xué)習(xí)成果已申報中國發(fā)明專利，并于近期發(fā)表在國際刊物材料化學(xué)雜志A（Journal of Materials Chemistry A）上。這種以植物基可再生資源為原料、工藝簡單、結(jié)構(gòu)可控、超高比表面積的氮摻雜多孔碳材料在能源和環(huán)境領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景，同時也為新型功能性碳材料的設(shè)計提供了一種新的設(shè)計思路。
　　該學(xué)習(xí)工作得到國家自然科學(xué)基金、“千人計劃”、新疆青年科技創(chuàng)新人才-杰出青年科學(xué)基金等項目的支持。



　　從植物基可再生棉花短絨資源設(shè)計制備結(jié)構(gòu)可調(diào)超高比表面積新型氮摻雜多孔碳材料及其在污水處理和超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用

新疆理化所利用棉花短絨制備出超高比表面積氮摻雜多孔碳材料  |  責(zé)任編輯：蟲子
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