张依依,娄瑞,曹启航,牛涛嫄,张斌,尉国栋,陈海峰.铜盐辅助木质素基碳气凝胶的快速制备及其电化学性能研究[J].中国造纸学报,2023,38(3):97-103 本文二维码信息
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铜盐辅助木质素基碳气凝胶的快速制备及其电化学性能研究
Study on Copper Salt Assisted Fast Preparation of Lignin-based Carbon Aerogel and Its Electrochemical Properties
投稿时间:2023-05-30  
DOI:10.11981/j.issn.1000-6842.2023.03.97
中文关键词:  纳米木质素  碳气凝胶  催化  电化学
Key Words:lignin nanoparticles  carbon aerogel  catalysis  electrochemical
基金项目:浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室开放基金课题(ZJUCEU2022023)。
作者单位邮编
张依依* 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
娄瑞 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021
浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室,浙江杭州, 310027 
310027
曹启航 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
牛涛嫄 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
张斌 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
尉国栋 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
陈海峰 陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021 710021
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中文摘要:
      本研究提出了一种铜盐辅助纳米木质素基气凝胶的快速合成方法,实现了具有显著微孔特征和三维(3D)互联结构的碳气凝胶制备。以绿色低共熔溶剂(DES)为反应溶剂,原位添加铜盐催化剂,快速合成了纳米木质素基碳气凝胶前驱体(LRF),经过高温一步热解处理得到木质素基碳气凝胶(LRFC)。研究结果表明,铜盐的原位掺杂加快了胶体形成的反应速率,缩短了LRF的成胶时间。其中,Cu(NO32的原位催化效果最好,可使得LRF凝胶点缩短至2.5 h;同时,其相应的碳气凝胶(N-LRFC)的微孔率高达94.44%,孔径集中分布在1 nm;在电流密度为0.5 A/g时,N-LRFC的比电容最高可达347.6 F/g,表现出优异的电化学性能,且在电化学过程中其扩散控制占主导地位。
Abstract:
      A fast synthesis method of lignin nanoparticles (LNP)-based aerogel was proposed to prepare three-dimensional (3D) interconnected carbon aerogel with a typical micropores structure. Green and low-cost deep eutectic solvent (DES) used as the reaction solvent, three copper salts added in-situ as the catalyst, and LNP-based cryogel(LRF) as a precursor can be rapidly synthesized for lignin-based carbon aerogel (LRFC). The study results showed that in-situ doped copper salt can accelerate the gelation rate of gel formation and decrease the gelation time of LRF. Herein, the gel formation of Cu(NO32 assisted LRF can be shortened to 2.5 h, and the resultant carbon aerogel (N-LRFC) had the highest microporous rate of 94.44% and pore size of 1 nm, high graphitization, and excellent electrochemical performances. At current density of 0.5 A/g, N-LRFC demonstrated exceptional electrochemical performance with a specific capacitance of up to 347.6 F/g. and the diffusion control dominated the electrochemical process.
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