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奥门金沙误乐城:我院刘波教授团队在纤维素纳米晶的制备与应用方面取得新进展

发布:   时间:2022-09-13 12:05:34  浏览:

开发利用可再生资源与绿色材料以替代传统的煤、石油等化石资源是实现碳达峰碳中和最有效的途径之一。纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystals,简写CNCs),因其环境友好可再生、高比强比模、高比表面积、高表面化学活性、独特的右旋手性结构等特点,被广泛应用于能源、催化、生物医药、食品包装、加密防伪等领域。

近年来,我院刘波教授团队程淼博士在CNC的制备改性及其在储能领域的应用取得了阶段性创新进展,成果在Chemical Engineering JournalCarbohydrate Polymers等高水平期刊发表学术论文7篇。

开发出一步混酸(H2SO4/HNO3)水解法快速制备羧基化CNC,为目前报道的耗时最短(仅0.5 h)的方法(Carbohydrate Polymers, 2020, 231: 115701, IF=10.723);利用H2SO4/CH3COOH混酸体系处理纤维素原料获得乙酰化改性CNC,有效改善了CNC与疏水性高分子之间的界面相容性(Cellulose, 2021, 28: 2137-2148, IF=6.123);通过原位聚合法和高温退火,得到核壳结构的氮/氧双掺杂的CNC衍生碳,作为锂离子电池负极材料表现出较高的比容量及优异的循环稳定性(ACS Applied Energy Materials, 2021, 4(9): 9902-9912, IF=6.959);通过改变作为活化剂/模板剂的锌盐种类来调控微晶纤维素/三聚氰胺衍生碳材料的孔结构以及氮掺杂量与类型,获得的富氮掺杂碳材料表现出更高的比容量、优异的倍率性能和长循环稳定性(Journal of Alloys and Compounds, 2022, 911: 165131, IF=6.371);提出绿色一步原位合成策略构建出如图1所示的纤维素纳米晶/聚乙二醇(CNC/PEG)复合相变气凝胶(Chemical Engineering Journal, 2022, 431(1): 133935, IF=16.744),表现出高的热焓值以及优异的形状稳定性和循环可逆性;以CNC为骨架,采用无溶剂接枝法,通过共价键作用将PEG分子锚定在CNC表面,获得具有固-固相变特性的新型纳米储能颗粒(Cellulose, 2022, DOI: 10.1007/s10570-022-04782-5, IF=6.123);首次通过离子诱导CNC凝胶化和原位热还原工艺,将单分散的Bi纳米球原位生长到CNC衍生碳气凝胶基体中,得到图2所示的CNC-CA@Bi-NS杂化材料(Chemical Engineering Journal, 2022, 451(3): 138824, IF=16.744),作为镁离子电池负极材料,具有346 mAh g-1(理论容量的90%)的可逆容量(0.5C下,100圈无衰减),5000 次充放电循环后,每圈的容量衰减率仅为0.015 %(2.0C下)。

上述研究进展为设计开发新型高性能的CNC基储能材料提供新的思路,拓展了CNC在热能转换与存储和电化学储能器件领域的应用。

图1(a)CNC/PEG相变气凝胶的制备示意图;(b)醛基化CNC的TEM图;(c)CNC气凝胶的SEM图;(d)CNC/PEG相变气凝胶的SEM图;(e)PEG 和 CNC/PEG相变气凝胶的 DSC 曲线;(f)CNC/PEG 相变气凝胶的热循环 DSC 曲线。

图2(a)CNC衍生碳气凝胶/Bi纳米球杂化材料(CNC-CA@Bi-NS)的制备示意图及其形貌;(b)CNC-CA@Bi-NS和Bi粉的倍率性能;(c)CNC-CA@Bi-NS和Bi粉在0.5 C下100次循环性能;(d)CNC-CA@Bi-NS/Mo6S8全电池的充放电曲线。




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