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作物所在煙草廢棄物新能源高值化利用途徑方面取得新進展
2020-11-04 11:33  作者:作物所2020-11-04  作者:作物所

  近日,依托作物研究所建設的廣東省煙草育種與綜合利用工程技術研究中心聯合暨南大學先進耐磨蝕及功能材料研究院,研究證實煙草莖稈是生產高性能活性炭材料的潛在候選優異材料。該研究拓展了煙草莖稈廢料用于制備新能源電池、超級電容器多孔碳材料高值化利用的新途徑,為開發煙稈基新能源材料提供新思路。相關研究成果以題為“N, S co-doped Activated Carbon Material with Ultra-high Surface Area for High-performance Supercapacitors”發表在polymers(IF=3.72),作物研究所煙草研究團隊袁清華博士、馬柱文為共同第一作者,黃振瑞研究員和方澤銘博士為本文通訊作者。該工作得到廣東省煙草專賣局(公司)科技項目《廢棄煙桿在新能源領域的高值化再利用關鍵技術研究》資助。
  研究團隊利用自主育成品種81-26煙草秸稈為碳源,KOH為活化劑,硫脲為摻雜劑,制備了一種超高比表面積的N、S共摻雜活性炭材料,成功應用于超級電容器。KOH在400-600oC與碳發生反應生成K2CO3, K和H2;當溫度超過700oC,其他額外反應將會陸續發生,刻蝕碳表面而產生更多中孔結構(K2CO3 → K2O + CO2; CO2 + C → 2CO;K2CO3+2C → 2K + 3CO;C + K2O → 2K + CO);當溫度升至800oC,K蒸汽會進入更深層的碳骨架,活性炭進一步被刻蝕而產生更多微中孔結構。因此得到的煙稈基多孔碳材料具有極大的比表面積(3733 m2·g-1),并且摻雜N,S元素后在1 A·g-1電流密度下表現出優越的比電容值(422.5 F·g-1)。與其他活性炭相比,在相同活化劑作用下,本研究的煙稈基多孔碳材料具有更高的比表面積,和較為優異的電化學性能(見表1)。

 

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