文章信息生物質(zhì)衍生碳基材料在電化學(xué)能源器件中的應(yīng)用進展第一作者：張光穎通訊作者：王蕾*、付宏剛*單位：黑龍江大學(xué)
研究背景氣候變化是人類面臨的全球性問題，實現(xiàn)二氧化碳排放量“收支相抵”是一場能源革命。在此過程中，可再生能源將替代化石能源成為主體能源。因此，構(gòu)建清潔能源為主體的新型能源器件是至關(guān)重要的。開發(fā)高效、廉價的電極材料是能源器件發(fā)展的前提。碳材料具有多種結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的導(dǎo)電性，已被認(rèn)為是主要的電極材料。然而，碳材料合成中的高成本限制了其大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。利用廢棄生物質(zhì)原料制備碳基催化劑，不僅成本低，還能減輕碳排放和環(huán)境污染，而且促進了能源轉(zhuǎn)化，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文章簡介
基于此，黑龍江大學(xué)王蕾/付宏剛教授等在國際知名期刊Journal of Materials Chemistry A上發(fā)表題為 “Recent advances of biomass derived carbon-based materials for efficient electrochemical energy devices” 的綜述文章。本綜述詳細(xì)介紹了生物質(zhì)衍生碳基材料的合成策略以及作為電極材料在電化學(xué)能源器件中的研究進展。文中首先介紹了幾種生物質(zhì)結(jié)構(gòu)和碳結(jié)構(gòu)。然后，總結(jié)了生物質(zhì)衍生碳材料的合成策略及其優(yōu)缺點。此外，重點介紹了碳材料的形貌和結(jié)構(gòu)對電催化性能的影響，以及它們在能源器件中的發(fā)展和應(yīng)用。最后，對生物質(zhì)衍生功能碳基材料制備中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展應(yīng)用的方向進行了展望。

本文要點要點一：合成策略綜述本文綜述了生物質(zhì)衍生碳材料的合成策略（包括：水熱碳化、化學(xué)活化法、軟硬模板法、熔融鹽策略、冷凍干燥、靜電紡絲技術(shù)），并評述了這些策略的優(yōu)缺點。
要點二：提高電催化性能的方法介紹了一些提高材料（從非金屬碳材料到載金屬碳基材料）電催化性能的方法，包括雜原子摻雜，形貌控制、缺陷工程、配位調(diào)控。
要點三：應(yīng)用進展本文詳細(xì)概述了生物質(zhì)衍生碳基材料在電化學(xué)能源器件（包括燃料電池、電化學(xué)分解水、金屬-空氣電池、超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、鋰-硫電池和柔性器件）中的應(yīng)用進展。著重介紹在燃料電池、電化學(xué)分解水、金屬-空氣電池的發(fā)展應(yīng)用，介紹了器件的原理、電極材料的設(shè)計原則及面臨的挑戰(zhàn)。
要點四：觀點和展望對生物質(zhì)碳基材料未來的發(fā)展提出了觀點和展望。包括：1. 促進農(nóng)業(yè)廢棄物的利用。加強對農(nóng)業(yè)廢棄物的有效利用，將為能源的可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻。尤其是未來的工作應(yīng)加強將農(nóng)業(yè)秸稈直接發(fā)展成不同結(jié)構(gòu)的電極材料，最終實現(xiàn)大規(guī)模的制備和應(yīng)用。2. 高性能電極材料的設(shè)計與合成。需要更多的原位表征和/或理論計算來確定反應(yīng)活性位點，未來的研究需要重點關(guān)注對活性部位的了解。3. 提高電極材料的穩(wěn)定性。4. 應(yīng)進一步加強在能源器件方面的應(yīng)用。如何利用生物質(zhì)制備具有不同結(jié)構(gòu)的催化劑，以滿足不同器件的高性能要求，是今后工作的關(guān)鍵研究方向。特別是，目前的大多數(shù)應(yīng)用仍然是基于半反應(yīng)，全電池的應(yīng)用需要進一步發(fā)展。此外，除了作為電極材料，其他應(yīng)用也應(yīng)該擴展。例如，利用生物質(zhì)取代傳統(tǒng)的化石能源制造碳布、碳紙等。碳布和碳紙常被用作氣體擴散層，廣泛應(yīng)用于電化學(xué)能量器件中。這不僅可以促進電化學(xué)能源器件的發(fā)展，而且可以充分體現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略，為生物質(zhì)的利用開辟新的途徑。5. 實現(xiàn)大規(guī)模可控的合成。
文章鏈接：
Recent advances of biomass derived carbon-based materials for efficient electrochemical energy deviceshttps://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta01442d
通訊作者簡介：
王蕾? 教授??現(xiàn)為黑龍江省優(yōu)秀青年基金、黑龍江省英才計劃、中國博士后科學(xué)基金特別資助獲得者。主要從事二維石墨烯基碳材料的合成及應(yīng)用研究。發(fā)展了以生物質(zhì)為原料的“基團配位組裝析碳法”制備石墨烯材料的方法，并實現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用；制備了過渡金屬碳基復(fù)合材料，探究其在金屬-空氣電池、燃料電池等能源器件中的應(yīng)用，并利用理論計算結(jié)合原位技術(shù)闡明反應(yīng)機制。在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Sci.、Small等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文50余篇，有3余篇論文進入ESI Top 1%高被引用論文，1篇論文進入ESI Top 0.1%熱點論文。授權(quán)中國發(fā)明專利20余項，國際發(fā)明專利3項。主持國家自然科學(xué)基金及省部級項目10余項，獲黑龍江省技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項。付宏剛? 教授??黑龍江大學(xué)功能無機材料化學(xué)教育部重點實驗室主任。教育部長江學(xué)者獎勵計劃特聘教授，首批“國家萬人計劃”百千萬工程領(lǐng)軍人才，新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選。英國皇家化學(xué)會會士，教育部科技委員會化學(xué)化工學(xué)部委員。2018-2021連續(xù)3年入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。主持及承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重點項目、科技部重點研發(fā)計劃項目等國家級項目20余項。主要從事光催化和電催化領(lǐng)域的材料設(shè)計合成、結(jié)構(gòu)調(diào)控，在材料尺寸，晶相，缺陷的選擇性控制合成及其在光催化、電催化制氫，有機物合成以及ORR，OER等催化反應(yīng)過程中的活性和穩(wěn)定性，反應(yīng)機制等方面開展工作。作為通訊作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev.、Energy. Environ. Sci.等期刊發(fā)表研究論文300余篇，被引用24000余次，H因子83，有50余篇論文進入ESI Top 1%高被引用論文，4篇論文進入ESI Top 0.1%熱點論文。獲省科學(xué)技術(shù)獎一等獎3項，獲授權(quán)發(fā)明專利30余項。

本文來源：科學(xué)材料站

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