具有高特异性表面积的功能化纳米多孔生物碳来源于废弃硬木芯片用于CO2捕获和超级电容器

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 环境科学 环境科学
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 废物生物质是先进材料的可持续前体.
• 开发具有成本效益的纳米孔碳对于二氧化碳捕获和能源储存至关重要.
• 控制的多孔性和高表面积是吸附剂和电极材料的关键性质.

研究的目的:

• 通过一种简单的方法,从废木片中合成纳米多孔生物碳.
• 评估合成材料的二氧化碳吸附能力.
• 评估超级电容器中生物碳的电化学性能.

主要方法:

• 废木片的固态化学激活使用KOH.
• 材料属性的表征,包括表面积,毛孔体积和毛孔大小分布.
• 在各种条件下测试二氧化碳吸附能力和选择性.
• 在超级电容器应用中的三电极和两电极组件中进行电化学评估.

主要成果:

• 合成的生物碳具有很大的表面积 (3686.10 m2/g) 和很大的孔积 (1.88 cm3/g).
• 优化材料显示显著的二氧化碳吸附 (37.47 mmol/g在0°C/30 bar) 具有良好的CO2/N2选择性 (≈25-35) 和高可回收性 (>99%).
• 电化学测试显示高特异电容 (261.5 F/g) 和良好的能量/功率密度,具有出色的循环稳定性 (在10,000个循环后保持87.5%).

结论:

• 废木片可以有效地转化为高性能纳米多孔生物碳.
• 合成的材料对二氧化碳捕获和超级电容器应用都是有前途的,因为它们具有有利的特性和低成本合成.
• 这项研究强调了一种可持续的方法,用于将废弃生物质提升为环境和能源技术的功能材料.