記者2月28日從合肥工業(yè)大學獲悉，該校機械工程學院生物質(zhì)低碳技術與裝備研究所馬培勇教授團隊利用農(nóng)林廢棄物成功制備出高性能二維碳材料，該材料在儲能方面具有良好的應用前景。相關成果近日發(fā)表于國際期刊《先進功能材料》。

在能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型背景下，發(fā)展可再生潔凈能源和高效儲能裝置對“雙碳”目標的實現(xiàn)具有重要意義。二維多孔碳材料獨特的結構特性使其在儲能、催化、分離等領域展現(xiàn)出極大的潛力。但是，傳統(tǒng)制備方法工藝復雜、原材料昂貴、制備條件苛刻，不利于材料的規(guī)?；苽?。因此，找到一種低成本、環(huán)保、高效的超薄二維多孔碳材料制備方法尤為重要。

研究人員發(fā)現(xiàn)，草酸鉀在熱解過程中首先作為反應物參與生物質(zhì)熱解反應，其分解產(chǎn)物碳酸鉀則作為原位模板劑和活化劑。碳酸鉀通過活化外層碳結構形成納米孔，并調(diào)節(jié)碳材料的厚度和石墨化程度。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在載氣中添加0.2%體積分數(shù)的氨氣，可以在不破壞超薄二維結構的情況下，實現(xiàn)氮原子摻雜并提高材料比表面積，每克碳材料比表面積達1802平方米。作為鈉離子電容器的正極，該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，特別是在0.1-2安培每克電流密度下，其容量保持率高達90.3%。二維多孔結構、高比表面積和豐富的吡啶氮含量，顯著增強了離子的傳遞和儲存，優(yōu)化了載流子的吸附和解吸。

在此研究的基礎上，團隊利用來源廣泛的秸稈等農(nóng)林廢棄物與草酸鉀，在氮氣氛圍下直接共熱解，成功制備出比表面積高、孔隙結構發(fā)達、碳層厚度可調(diào)的超薄二維多孔碳材料，其在電化學儲能方面展現(xiàn)出極大潛力。

馬培勇介紹，該成果可為開發(fā)低成本、綠色環(huán)保的二維多孔碳材料提供有益幫助。

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