ACSOmega废弃菱角壳合成多孔碳,用

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成果简介

本文提出了一种经济、可持续、绿色的利用农业废弃物菱角壳（WCS）合成多孔炭的方法。为了制备WCS生物炭，首先采用顶部点燃上升气流法将干燥的WCS碳化成比表面积约为m2g–1的微孔炭。然后，采用无溶剂物理共混的方法，将微孔WCS生物炭直接与适量的ZnO纳米粒子和KOH作为活化剂混合。在℃下进一步活化后，得到的碳具有微孔和中孔，称为WCS多孔碳。制备的高比表面积WCS多孔炭在-m2g-1范围内的碳产率可达50%。此外，通过控制氧化锌的含量，可以简单地调节微孔/中孔的比表面积。

对于超级电容器应用，所制备的WCS多孔碳电极显示出高比电容（5mVs–1时为Fg–1），在mVs–1扫描速率下具有良好的保持率（与5mVs–1时的电容相比，大于60%），并且在1.0MLiClO4/PC电解液中具有低欧姆电阻。除了ZnO纳米颗粒外，还利用低环境影响的CaCO3纳米颗粒制备了WCS多孔炭。组装的超级电容器还具有高比电容（5mVs-1时为Fg-1）和良好的保持率（70%）。

图文导读

图1.（a，b）WCS生物炭的SEM图像；

（c）WCS生物炭（I）和WCS多孔碳（II）的N2吸附等温线；插图显示了曲线II的孔径分布曲线（Horváth-Kawazoe模型）；

（d）WCS多孔碳的SEM和（e，f）HR-TEM图像。

图2.WCS多孔碳的质地参数

图3.通过使用ZnO纳米颗粒和KOH作为活化剂，在WCS生物炭中中孔和微孔的形成机理示意图。

图4.（a）（b）WCS生物炭和（c）WCS多孔碳的拉曼光谱和XPS光谱

图5.（a）在1.0MLiClO4/PC电解液中WCS多孔碳电极在不同电流密度下的GCD曲线，（b）奈奎斯特图和（c）Ragone图。

图7.（a）由CaCO3纳米颗粒制备的WCS多孔碳的SEM图像和（b）N2吸附等温线及其在1.0MLiClO4/PC电解质中的（c）CV曲线和（d）Nyquist图

小结

总之，物理共混法为利用不同的碳原料制备多孔碳提供了一种简便的方法。通过调整模板与生物炭的重量比，可以方便地调整多孔结构。多孔炭具有大的比表面积、高的多孔连通性和适当的体积密度，可以组装成高功率密度的高性能超级电容器，在高扫描速率下保持率高（60%）。今后，将研究在生物炭或多孔炭的碳基体中引入高含量氮的催化和电化学应用。

文献：