纳米能源环境材料领域研究获新进展

时间:2020-01-08 来源:www.htjty.com.cn

南湖新闻网(记者叶欢)近日,理学院功能材料与生物质利用实验室在纳米能源环境材料领域取得进展。相关研究成果分别发表在国际期刊《高级材料》(Advanced Materials)和《安格万特化学国际版》(德国应用化学杂志)上。

题为《Fungi-Enabled Synthesis of Ultrahigh Surface Area Porous Carbon》的研究论文发表在《材料科学领域的高级材料》国际期刊上。本文为利用农业废弃物菌渣制备超高比表面积碳材料开辟了一条新途径,并提出了利用食用菌菌丝的“分解”生物学特性制备超高比表面积多孔碳材料的新方法。蘑菇栽培基质蘑菇渣是一种常见的农业废弃物。据中国蘑菇协会统计,全国蘑菇渣年产量将达到5000万吨左右,大部分未得到有效利用。细菌残渣的回收利用具有重要的战略意义。菌渣的主要成分是纤维素,纤维素还含有多糖、有机酸、酶和苯酚等化学物质,具有天然的微纳结构。自然界中参与木质素降解的微生物包括真菌、放线菌、细菌等。但已知唯一广泛降解木质素的是真菌。根据木材腐烂的类型,木质纤维素降解真菌可分为白腐真菌、褐腐真菌和软腐真菌。白腐真菌是目前最有效和最主要的木质素降解微生物。丝状真菌可以直接侵入木质材料的细胞腔,释放降解木质素和其他木材成分的酶,并促进木材腐烂成白色海绵状物质。菌丝体分解的木材是制备功能碳材料的理想原料。

本研究基于上述启示,开发了食用菌菌丝提前降解植物的方法,以增强木质纤维素的腐烂程度和孔隙率。然后通过简单的高温碳化和氢氧化钾活化制备超高比表面积碳材料。揭示了从植物废弃物中获得超高比表面积多孔活性炭材料的成孔机理:食用菌菌丝分泌的胞外酶可以使发酵植物具有丰富的孔结构,这些孔的存在有利于后续活化剂的渗透,这将进一步提高活化效率。当多孔碳材料应用于电化学储能、电催化和污染物吸附领域时,多孔碳材料表现出极其优异的性能。

本文的第一作者是我们学校的博士生王平和理学院的副研究员叶欢。通信作者是科学院教授曹飞飞和中国科学院化学研究所研究员郭玉国。

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题为《Guiding Uniform Li Plating/Stripping via Lithium Aluminum Alloying Medium for Long-Life Li Metal Batteries》的论文发表在安吉万德化学国际版上。首次提出了利用锂铝合金介质调控金属锂均匀成核来实现金属锂均匀生长的新方法,有效解决了金属锂的安全性和循环稳定性问题。研究表明,当纳米铝包覆的三维纳米铜箔用于沉积金属锂时,锂优先与铝原位发生合金化反应,形成锂友好的锂铝合金层。此后,锂铝合金层作为锂的成核位点,诱导金属锂的球形生长,避免枝晶的形成,提高电池的安全性能,为可充电金属二次电池的发展提供新思路和新方法。

叶欢是第一作者,曹飞飞和郭玉国的研究者是通讯作者。

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评论者:曹飞飞

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