西南大学李长明团队在生物质多孔类石墨烯碳材料上取得重要研究进展

近日，西南大学材料与能源学部李长明教授研究团队在生物质多孔类石墨烯碳材料的研究取得了重要进展，相关研究成果以“Chemically exfoliate biomass into a graphene-like porous active carbon with rational pore structure, good conductivity and large surface area for high performance supercapactiors”为题接收并发表在国际能源纳米材料顶尖期刊《AdvancedEnergyMaterials》（IF=16.721）上。　　

活性碳材料具有独特的物理性质，且成本低廉，但是制备过程中容易造成材料板结和孔堵塞，大大降低了其在电化学器件中的离子/电子容纳能力，导电性和材料利用率。李长明教授研究团队通过化学预处理生物质，高温碳化的方法制备出具有合理孔结构，良好导电性和高比表面积的类石墨烯活性碳材料，具有石墨烯的一些重要性质。这一材料具有高导电性、高比表面与低费用等优点。该材料展现出超高的双电层比电容 (340 F g-1)以及高的能量密度 (23.33 到 16.67 Wh Kg-1)，大大优于目前报道的所有碳材料（100-150F g-1）和石墨烯（200-250F g-1），并且具有优异的倍率性能和循环稳定性，有极大的实际应用价值。该类石墨烯材料预期将在绿色能源、传感和柔性可穿戴设备有极其广泛的用途。　　

同时，该工作通过不同的预处理剂精确地调控了生物质的纳米孔结构和层状结构，并对不同的处理机制进行了详细研究。研究发现，通过对介孔和大孔的合理设计，能使介孔和大孔与材料中的微孔相关联，共同构成快速的离子传输通道，从而提高了材料的导电性和利用率，极大增强了扩散速率，从而从理论上得到了孔率与电极动力学的关系。该工作对于制备多孔电极并具有良好导电性的生物质（生物废料）碳材料在能源储存和能源转换中的应用具有指导意义。该类石墨烯材料已开始产业化的进程。