二維生物質(zhì)炭納米片具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和電子特性。近年來,具有二維結(jié)構(gòu)、高比表面積、可控雜原子摻雜的生物質(zhì)炭納米片的研究發(fā)展迅速。本文簡單介紹了二維生物質(zhì)炭納米片材料的性能,綜述了生物質(zhì)炭納米片的合成研究進(jìn)展,列舉了生物質(zhì)炭納米片在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況,并對具有理想性能的二維生物質(zhì)炭納米片的合成策略進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：合成化學(xué). 2020,28(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

生物質(zhì)炭納米片的SEM和TEM圖[28-31]

表1 生物質(zhì)炭納米片厚度及表面積Table 1 The thickness and surface area of biomass carbon nanosheets Precursor Thickness IG/ID Surface area/m2·g-1 Ingredient References Wheat stalk 2-10atomic layers 1.37 35.5 cellulose, hemicellulose, lignin, trace elements [32] Elm samaras 1～2 nm 0.93 1947 protein, carbohydrate and cellulose [33] Hemp 10～30 nm 0.93 2287 cellulose, semicellulose, and lignin [30] Citrus-peel 12 nm 1.06 1167 cellulose, hemicellulose, lignin, and pectin [29] Silk 15～30 nm 1.15 2494 protein [34] PerillaFrutescens 20～40 nm / 655 cellulose, protein, fat, and a variety of amino acids [35] Peanut skins 20～60 nm 0.33 2070 protein, fat, carbohydrates, starch and cellulose [36] Peatmoss 60～180 nm 0.91 196.6 hemicellulose, lignin [28]直接高溫碳化生物質(zhì)合成的生物質(zhì)炭材料在形貌結(jié)構(gòu)、元素組成和功能性能等方面參差不齊,通過一定的合成方法,不同來源以及不同組成的生物質(zhì)可以合成二維的生物質(zhì)炭納米片,并且因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形貌具有二維材料的良好性能。本文首先簡單介紹了生物質(zhì)炭納米片的結(jié)構(gòu)特征,然后概述了生物質(zhì)炭納米片的制備方法,期望此文能為研究學(xué)者提供制備二維生物質(zhì)炭納米片的研究思路。

David等 [30]以大麻為前驅(qū)體,180 ℃下水熱處理,700～800 ℃高溫碳化生成二維炭納米片。圖3說明了大麻的結(jié)構(gòu)及二維炭納米片的形成過程,大麻韌皮纖維具有由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成的多層結(jié)構(gòu)。大麻主要有三層結(jié)構(gòu),內(nèi)部(S3)和外部(S1)層主要由半纖維素和木質(zhì)素組成,而中間層(S2)主要是結(jié)晶纖維素(～70 wt%),占總壁厚的85%,它主要由直徑為10～30 nm的微纖維組成的層狀結(jié)構(gòu)。在180 ℃水熱條件下,大部分半纖維素和部分木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)物,而結(jié)晶纖維素部分碳化,去掉了S1層和S3層,同時(shí)松動了S2層中10～30 nm直徑微纖絲之間的連接,導(dǎo)致層狀結(jié)構(gòu)完全分離,形成厚度只有10～30 nm的二維炭納米片。從SEM圖可看出,與直接碳化(b圖)和傳統(tǒng)碳化活化(c圖)相比較,先水熱處理過(a圖)的大麻呈現(xiàn)二維炭納米片形貌,而傳統(tǒng)碳化或碳化加活化的大麻均未見層狀結(jié)構(gòu),證明了水熱處理過程對形成二維炭納米結(jié)構(gòu)的重要性。Yang等[32]研究了水熱處理小麥秸稈形成的二維炭納米片結(jié)構(gòu)。小麥秸稈由天然纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和一些微量元素組成,在150 ℃的水熱條件下,半纖維素和木質(zhì)素被溶解,而結(jié)晶纖維素部分降解而不溶解。纖維素和木質(zhì)素被去除以后,纖維素微纖束出現(xiàn)松動,隨后經(jīng)過800 ℃的煅燒,層狀結(jié)構(gòu)在整個(gè)過程中被分離成片狀。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生物質(zhì)衍生炭材料的多維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其超級電容器研究進(jìn)展[J]. 時(shí)君友.  北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(05)



本文編號：3502708