记者2月28日从合肥工业大学获悉，该校机械工程学院生物质低碳技术与装备研究所马培勇教授团队利用农林废弃物成功制备出高性能二维碳材料，该材料在储能方面具有良好的应用前景。相关成果近日发表于国际期刊《先进功能材料》。
在能源战略转型背景下，发展可再生洁净能源和高效储能装置对“双碳”目标的实现具有重要意义。二维多孔碳材料独特的结构特性使其在储能、催化、分离等领域展现出极大的潜力。但是，传统制备方法工艺复杂、原材料昂贵、制备条件苛刻，不利于材料的规模化制备。因此，找到一种低成本、环保、高效的超薄二维多孔碳材料制备方法尤为重要。
研究人员发现，草酸钾在热解过程中首先作为反应物参与生物质热解反应，其分解产物碳酸钾则作为原位模板剂和活化剂。碳酸钾通过活化外层碳结构形成纳米孔，并调节碳材料的厚度和石墨化程度。研究人员还发现，在载气中添加0.2%体积分数的氨气，可以在不破坏超薄二维结构的情况下，实现氮原子掺杂并提高材料比表面积，每克碳材料比表面积达1802平方米。作为钠离子电容器的正极，该材料表现出优异的电化学性能，特别是在0.1-2安培每克电流密度下，其容量保持率高达90.3%。二维多孔结构、高比表面积和丰富的吡啶氮含量，显著增强了离子的传递和储存，优化了载流子的吸附和解吸。
在此研究的基础上，团队利用来源广泛的秸秆等农林废弃物与草酸钾，在氮气氛围下直接共热解，成功制备出比表面积高、孔隙结构发达、碳层厚度可调的超薄二维多孔碳材料，其在电化学储能方面展现出极大潜力。
马培勇介绍，该成果可为开发低成本、绿色环保的二维多孔碳材料提供有益帮助。
(合肥工业大学供图)
