作物所在烟草废弃物新能源高值化利用途径方面取得新进展
2020-11-04 11:33  作者:作物所2020-11-04  作者:作物所

  近日,依托作物研究所建设的广东省烟草育种与综合利用工程技术研究中心联合暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院,研究证实烟草茎秆是生产高性能活性炭材料的潜在候选优异材料。该研究拓展了烟草茎秆废料用于制备新能源电池、超级电容器多孔碳材料高值化利用的新途径,为开发烟秆基新能源材料提供新思路。相关研究成果以题为“N, S co-doped Activated Carbon Material with Ultra-high Surface Area for High-performance Supercapacitors”发表在polymers(IF=3.72),作物研究所烟草研究团队袁清华博士、马柱文为共同第一作者,黄振瑞研究员和方泽铭博士为本文通讯作者。该工作得到广东省烟草专卖局(公司)科技项目《废弃烟杆在新能源领域的高值化再利用关键技术研究》资助。
  研究团队利用自主育成品种81-26烟草秸秆为碳源,KOH为活化剂,硫脲为掺杂剂,制备了一种超高比表面积的N、S共掺杂活性炭材料,成功应用于超级电容器。KOH在400-600oC与碳发生反应生成K2CO3, K和H2;当温度超过700oC,其他额外反应将会陆续发生,刻蚀碳表面而产生更多中孔结构(K2CO3 → K2O + CO2; CO2 + C → 2CO;K2CO3+2C → 2K + 3CO;C + K2O → 2K + CO);当温度升至800oC,K蒸汽会进入更深层的碳骨架,活性炭进一步被刻蚀而产生更多微中孔结构。因此得到的烟秆基多孔碳材料具有极大的比表面积(3733 m2·g-1),并且掺杂N,S元素后在1 A·g-1电流密度下表现出优越的比电容值(422.5 F·g-1)。与其他活性炭相比,在相同活化剂作用下,本研究的烟秆基多孔碳材料具有更高的比表面积,和较为优异的电化学性能(见表1)。

 

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