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中国科大:木材制备超细碳纳米纤维气凝胶

2019年06月23日 文章来源:网络整理 热度:164℃ 作者:刘英

?中青在线讯( 中国青年报·中青在线记者 王磊)近日,中国科学技术大学俞书宏课题组提出一种催化热解的方法来改变木质纳米纤维素的热解过程,首次以廉价的木材为原材料制备了高质量的超细碳纳米纤维气凝胶材料,该成果发表在《德国应用化学》杂志上。

?碳纳米纤维材料具有高的比表面、优异的机械性能及高电导率等优异的物理性质受到广泛关注,在能源、催化、环境、聚合物等领域具有广泛的应用前景。目前针对特定应用的功能化碳纳米纤维材料的理性设计合成及性能优化,仍然是制约其实际应用的瓶颈。特别是廉价、宏量、可持续制备碳纳米纤维气凝胶的制备尚未实现。

?纤维素材料广泛存在于自然界的植物中,由于来源广泛、低成本以及对环境的友好,木质纤维素材料是一种理想的制备碳纳米纤维气凝胶的前驱物。但是,因为木质纤维素纳米纤维极小的尺寸,使其在热解制备碳纤维过程中剧烈收缩无法保持纤维的形态,迄今为止尚没有使用木材为原材料成功制备碳纳米纤维气凝胶的先例。为此,俞书宏课题组提出一种催化热解的方法,通过使用对甲苯磺酸催化木质纳米纤维素在热解前期迅速脱水,并改变了其热解过程和中间产物,使得纳米纤维素在热解后具有高的碳产率的同时,还能保持很好的三维网状结构。该催化热解转化方法可将廉价丰富的自然界中的前驱物材料转化为高附加值的碳纳米纤维材料,对于发展可再生材料的绿色化学领域具有指引意义。

?由该方法制备的超细碳纳米纤维平均直径仅为6 nm,具有很高的电导率和比表面积。因其独特的三维网状结构特点和优异的导电性能以及高的比表面积,该研究团队研制的由木材制备的碳纳米纤维气凝胶,可以直接用于组装无须粘结剂的超级电容器,并且在纯碳超级电容器材料中表现出优异的电容性能。这种新型碳纳米纤维气凝胶,还可应用于水体净化、电催化剂载体和电池电极材料等。

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