二维生物质炭纳米片材料的合成研究进展
发布时间：2021-11-18 10:08
二维生物质炭纳米片具有独特的物理、化学和电子特性。近年来,具有二维结构、高比表面积、可控杂原子掺杂的生物质炭纳米片的研究发展迅速。本文简单介绍了二维生物质炭纳米片材料的性能,综述了生物质炭纳米片的合成研究进展,列举了生物质炭纳米片在各领域的应用情况,并对具有理想性能的二维生物质炭纳米片的合成策略进行了展望。
【文章来源】：合成化学. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
生物质炭纳米片的SEM和TEM图[28-31]
表1 生物质炭纳米片厚度及表面积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]直接高温碳化生物质合成的生物质炭材料在形貌结构、元素组成和功能性能等方面参差不齐,通过一定的合成方法,不同来源以及不同组成的生物质可以合成二维的生物质炭纳米片,并且因其独特的结构形貌具有二维材料的良好性能。本文首先简单介绍了生物质炭纳米片的结构特征,然后概述了生物质炭纳米片的制备方法,期望此文能为研究学者提供制备二维生物质炭纳米片的研究思路。
David等 [30]以大麻为前驱体,180 ℃下水热处理,700～800 ℃高温碳化生成二维炭纳米片。图3说明了大麻的结构及二维炭纳米片的形成过程,大麻韧皮纤维具有由纤维素、半纤维素和木质素组成的多层结构。大麻主要有三层结构,内部(S3)和外部(S1)层主要由半纤维素和木质素组成,而中间层(S2)主要是结晶纤维素(～70 wt%),占总壁厚的85%,它主要由直径为10～30 nm的微纤维组成的层状结构。在180 ℃水热条件下,大部分半纤维素和部分木质素转化为可溶性有机物,而结晶纤维素部分碳化,去掉了S1层和S3层,同时松动了S2层中10～30 nm直径微纤丝之间的连接,导致层状结构完全分离,形成厚度只有10～30 nm的二维炭纳米片。从SEM图可看出,与直接碳化(b图)和传统碳化活化(c图)相比较,先水热处理过(a图)的大麻呈现二维炭纳米片形貌,而传统碳化或碳化加活化的大麻均未见层状结构,证明了水热处理过程对形成二维炭纳米结构的重要性。Yang等[32]研究了水热处理小麦秸秆形成的二维炭纳米片结构。小麦秸秆由天然纤维素、半纤维素、木质素和一些微量元素组成,在150 ℃的水热条件下,半纤维素和木质素被溶解,而结晶纤维素部分降解而不溶解。纤维素和木质素被去除以后,纤维素微纤束出现松动,随后经过800 ℃的煅烧,层状结构在整个过程中被分离成片状。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质衍生炭材料的多维结构设计及其超级电容器研究进展[J]. 时君友. 北华大学学报(自然科学版). 2019(05)
本文编号：3502708
【文章来源】：合成化学. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
生物质炭纳米片的SEM和TEM图[28-31]
表1 生物质炭纳米片厚度及表面积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]直接高温碳化生物质合成的生物质炭材料在形貌结构、元素组成和功能性能等方面参差不齐,通过一定的合成方法,不同来源以及不同组成的生物质可以合成二维的生物质炭纳米片,并且因其独特的结构形貌具有二维材料的良好性能。本文首先简单介绍了生物质炭纳米片的结构特征,然后概述了生物质炭纳米片的制备方法,期望此文能为研究学者提供制备二维生物质炭纳米片的研究思路。
David等 [30]以大麻为前驱体,180 ℃下水热处理,700～800 ℃高温碳化生成二维炭纳米片。图3说明了大麻的结构及二维炭纳米片的形成过程,大麻韧皮纤维具有由纤维素、半纤维素和木质素组成的多层结构。大麻主要有三层结构,内部(S3)和外部(S1)层主要由半纤维素和木质素组成,而中间层(S2)主要是结晶纤维素(～70 wt%),占总壁厚的85%,它主要由直径为10～30 nm的微纤维组成的层状结构。在180 ℃水热条件下,大部分半纤维素和部分木质素转化为可溶性有机物,而结晶纤维素部分碳化,去掉了S1层和S3层,同时松动了S2层中10～30 nm直径微纤丝之间的连接,导致层状结构完全分离,形成厚度只有10～30 nm的二维炭纳米片。从SEM图可看出,与直接碳化(b图)和传统碳化活化(c图)相比较,先水热处理过(a图)的大麻呈现二维炭纳米片形貌,而传统碳化或碳化加活化的大麻均未见层状结构,证明了水热处理过程对形成二维炭纳米结构的重要性。Yang等[32]研究了水热处理小麦秸秆形成的二维炭纳米片结构。小麦秸秆由天然纤维素、半纤维素、木质素和一些微量元素组成,在150 ℃的水热条件下,半纤维素和木质素被溶解,而结晶纤维素部分降解而不溶解。纤维素和木质素被去除以后,纤维素微纤束出现松动,随后经过800 ℃的煅烧,层状结构在整个过程中被分离成片状。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质衍生炭材料的多维结构设计及其超级电容器研究进展[J]. 时君友. 北华大学学报(自然科学版). 2019(05)
本文编号：3502708
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3502708.html
