氧化裂化合成生物质碳材料及其电化学性能研究

生物质碳材料具有成本低、来源广泛、孔隙率可调可控、形貌多样、易生产、易掺入杂原子等优点,因此,生物质碳基材料的开发和应用成为现代材料科学一个非常重要的领域。将植物叶片用不同氧化剂进行水热氧化处理,600℃碳化得到生物质碳材料。水热氧化处理工艺与传统热裂解工艺相比,降低了裂解温度,极大程度保持了叶片脉络结构,得到类石墨烯的薄层碳化材料。样品通过XRD、XPS、TEM、SEM等进行表征。结果表明,用不同氧化剂水热氧化所得到的碳材料元素组成和微观结构差别较大。当氧化剂为高锰酸钾时,所得到的生物质碳材料(MnOC)既保留了叶片原有的微观孔道,又形成了新的孔隙,比表面积可达482.934 m^2/g,平均孔径为3.833 nm。从XPS、XRD分析可以看出,MnOC样品石墨化程度相对较高,并最大程度保留了N元素(原子百分比为6.5%)。TEM、AFM图像分析表明,MnOC样品呈片层结构,厚度不足2 nm,将其制备成电极片,在电流密度为1 A/g时,比电容可达191.15 F/g。