海藻基含杂原子碳材料的制备及电化学性质-应用生态学报-吉林大学.PDF

Ｖｏｌ．３９ 高等 学校 化 学 学报 Ｎｏ．１２ ２０１８年１２月 　 　 　 　 　 　 ＣＨＥＭＩＣＡＬＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ　 　 　 　 　 　 ２６２７～２６３６ ｄｏｉ：１０．７５０３／ ｃｊｃ 　 　 海藻基含杂原子碳材料的制备及电化学性质 １ ２ 王　 昀 ，贲　 腾 （１． 吉林大学电子科学与工程学院，２． 化学学院，长春 １３００１２） 摘要　 以天然海藻为原料，经条件优化制备了含杂原子的碳材料ＳａｒＣＷ⁃９００及ＬａｍＣＷ⁃９００，对其形貌、元素 成分、孔性质和石墨化程度进行分析并讨论其活化机理． 将２种材料作为电化学电容器及锂离子电池的电极 材料活性物质，分别进行电化学性能测试． 结果表明，ＳａｒＣＷ⁃９００及ＬａｍＣＷ⁃９００在被用作电化学电容器电极 材料时， 比电容分别为 １０６ Ｆ／ ｇ及 ８５ Ｆ／ ｇ，经５０００ 次循环伏安稳定性测试， 比电容值稳定在 １０１ Ｆ／ ｇ及 ８１Ｆ／ ｇ，分别降低不到４％和５％，是理想的电容器电极材料；在被用作锂离子电池电极材料时，经 １００次循 环比容量分别保持在 １００３及３３９ ｍＡ ·ｈ／ ｇ，低于纯石墨的理论值，但具有较高的稳定性． 关键词　 海洋生物；含杂原子碳材料； 自活化；电化学 中图分类号　 Ｏ６１３７１　 　 　 　 文献标志码　 Ａ 生物质前驱体热解碳化制备的多孔碳材料具有高比表面积、 高稳定性、强导电特性和强机械性 能，可应用于能量储存和工业催化等领域，尤其在环境保护和资源有效利用方面意义重大． 海洋的面 积占地球总面积的７０８％，几十万种藻类在漫长的进化过程中形成了特殊的结构，海洋植物内部无机 ［１］ 物成分、含量受地域限制小，在生物燃料 （制备生物燃油或生产天然气）及能源领域已引起研究者的 兴趣． 尤其在电池、 电容器等电化学方面，海藻基材料的表现优异，如：赤藻可被直接用作为太阳能电 ［２］ ［３，４］ 池双层异质结 ，海藻基石墨烯或与碳纳米管混合后可用于电化学电容器 ，提取物海藻酸钠修饰 ［５］ ［６］ 石墨烯后可用于金属离子检测 ，浒苔基碳可作为锂硫电池的阴极材料 等． 羊栖菜（Ｈｉｚｉｋｉａｆｕｓｉｆａｒｍｅ）是药食两用植物，其主要工业产品褐藻酸可用作纺织、印染、食品、医药 ［７］ 行业中的添加剂、 黏合剂等，其活性成分羊栖菜多糖（ＳＦＰＳ）可用于抗肿瘤及抗 ＨＩＶ 病毒 ． 海带 （Ｌａｍｉｎａｒｉａｊａｐｏｎｉｃａ）和羊栖菜同属褐藻门（Ｐｈａｅｏｐｈｙｔａ），分布广泛． 本文选择２种前驱体羊栖菜（Ｓａｒ） 和海带（Ｌａｍ）制备了含杂原子的多孔碳材料，并研究了其电化学性质． １　 实验部分 １．１　 试剂与仪器 Ｎ⁃甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ）和ＫＯＨ为分析纯，购于汕头西陇化工厂；１ｍｏｌ／ Ｌ ＬｉＰＦ 的碳酸乙烯酯⁃碳 ６ 酸二甲酯⁃碳酸甲乙酯（ＥＣ⁃ＤＭＣ⁃ＥＭＣ，体积比１∶１∶１）购于深圳科晶智达科技有限公司；乙醇为色谱 纯，购于德国Ｍｅｒｃｋ公司；聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）为分析纯，购于Ｓｉｇｍａ⁃Ａｌｄｒｉｃｈ公司；生物质前驱体类型 及产地分别为：海带（广东江门）、羊栖菜（广东湛江）、柚子皮（广东梅州）、芦花花序（广东珠