以稻草为原料,经环保型活化剂KHCO3和三聚氰胺活化制备N掺杂多孔孔碳

具有适当调节成分和孔隙率的分层结构碳对于储能能力至关重要。本文,浙江大学浙江大学生物系统工程与食品科学学院盛奎川教授团队在《Energy Fuels》期刊发表名为“Green Synthesis of Nitrogen-doped Porous Carbon Derived from Rice Straw for High-performance Supercapacitor Application”的论文,研究以丰富的稻草为原料,在三聚氰胺存在下,经水热处理和KHCO3煅烧制备N掺杂多孔碳材料。

用KHCO3活化后,多孔树脂收率提高约50%碳和性能可与KOH媲美。额外添加的三聚氰胺不仅引入了含氮官能团,而且提高了中孔率和比表面积(2786.5 m2 g–1)。同时,润湿性和导电性得到改善。所得的氮掺杂多孔碳在1Ag –1处表现出317Fg–1的出色电容。制成的对称超级电容器显示出稳定的循环性能(5000次循环后99.4%的保留率),合理的倍率性能以及18.4Whkg–1的最大比能。本研究为通过绿色合成策略将生物废弃物有效转化为储能材料提供了一种有前景的方法。

稻草衍生氮掺杂多孔碳的绿色合成,用于高性能超级电容器
方案1.稻草制备PC的示意图。(合成后的N掺杂PC被命名为AC-KB-M)
稻草衍生氮掺杂多孔碳的绿色合成,用于高性能超级电容器
图1.(a)HC,(b)AC-KB-2,(c)AC-KB-4,(d)AC-KB-6,(e)AC-KOH和(f)AC的SEM图-KB-M。

 

稻草衍生氮掺杂多孔碳的绿色合成,用于高性能超级电容器
图2.(a)N 2吸附/解吸等温线,(b)PSD,(c)XRD图,以及(d)AC-KB-2、4、6,M和AC-KOH的拉曼光谱。(e)AC-KB-6,M和(f)AC-KB-M的N 1s XPS。水滴在(g)AC-KB-6和(h)AC-KB-M上的接触角。

 

稻草衍生氮掺杂多孔碳的绿色合成,用于高性能超级电容器
图3. AC-KB-2、4、6,M和AC-KOH的电化学性能。(a)20 mV s –1的CV曲线。(b)1 A g –1恒电流充放电(GCD)曲线。(c)奈奎斯特地块。

 

稻草衍生氮掺杂多孔碳的绿色合成,用于高性能超级电容器
图4. AC-KB-M的电化学性质。

 

本文报道了一种以稻草为原料,经环境友好型活化剂KHCO3和三聚氰胺活化制备N掺杂微介孔碳的绿色高效策略。证明了弱碱性钾盐能有效地在氢焦中形成孔隙。低成本、可持续、绿色的合成策略有望产生大规模的工业生产,以满足可持续能源储存的需求。

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