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

【文章來源】：合成化學. 2020,28(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

生物質炭納米片的SEM和TEM圖[28-31]

表1 生物質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合成的生物質炭材料在形貌結構、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可以合成二維的生物質炭納米片,并且因其獨特的結構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炭納米片的結構特征,然后概述了生物質炭納米片的制備方法,期望此文能為研究學者提供制備二維生物質炭納米片的研究思路。

David等 [30]以大麻為前驅體,180 ℃下水熱處理,700～800 ℃高溫碳化生成二維炭納米片。圖3說明了大麻的結構及二維炭納米片的形成過程,大麻韌皮纖維具有由纖維素、半纖維素和木質素組成的多層結構。大麻主要有三層結構,內部(S3)和外部(S1)層主要由半纖維素和木質素組成,而中間層(S2)主要是結晶纖維素(～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構。在180 ℃水熱條件下,大部分半纖維素和部分木質素轉化為可溶性有機物,而結晶纖維素部分碳化,去掉了S1層和S3層,同時松動了S2層中10～30 nm直徑微纖絲之間的連接,導致層狀結構完全分離,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構,證明了水熱處理過程對形成二維炭納米結構的重要性。Yang等[32]研究了水熱處理小麥秸稈形成的二維炭納米片結構。小麥秸稈由天然纖維素、半纖維素、木質素和一些微量元素組成,在150 ℃的水熱條件下,半纖維素和木質素被溶解,而結晶纖維素部分降解而不溶解。纖維素和木質素被去除以后,纖維素微纖束出現(xiàn)松動,隨后經過800 ℃的煅燒,層狀結構在整個過程中被分離成片狀。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]生物質衍生炭材料的多維結構設計及其超級電容器研究進展[J]. 時君友.  北華大學學報(自然科學版). 2019(05)



本文編號：3502708