80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  碳納米纖維因其質(zhì)量輕、抗蠕變能力強、比表面積大、熱/電傳導(dǎo)性能好等特點，在電化學(xué)儲能領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但用于制備碳納米纖維的傳統(tǒng)原料以石油基聚合物為主，其不可再生性和高昂的成本制約了碳纖維的進一步發(fā)展和應(yīng)用。因此，以綠色可再生的天然資源為原料制備高質(zhì)量生物質(zhì)基碳纖維成為了目前碳纖維領(lǐng)域迫在眉睫的關(guān)鍵問題。

  木質(zhì)素是含量僅次于纖維素，產(chǎn)量第二豐富的天然可再生高分子，也是造紙工業(yè)和纖維素燃料乙醇制備過程中的主要副產(chǎn)物。獨特的芳香烴結(jié)構(gòu)和高碳含量使木質(zhì)素成為了制備生物質(zhì)基碳纖維的理想原料。然而，由于木質(zhì)素復(fù)雜的非線性分子結(jié)構(gòu)和大量的分子內(nèi)氫鍵，致使木質(zhì)素很難獨立作為紡絲原料進行紡絲。因此，在通常情況下木質(zhì)素基碳纖維的制備都必需要加入其他生物質(zhì)基大分子作為助紡劑才能獲得絲狀前驅(qū)體纖維。乙酸纖維素雖然具有良好的鏈段柔性，能作為助紡劑獲得形貌理想的前驅(qū)體纖維。但由于化學(xué)結(jié)構(gòu)中存在數(shù)量眾多的羥基，使其與含有芳香烴結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素物理混合制備生物質(zhì)基纖維時會出現(xiàn)木質(zhì)素與乙酸纖維之間的相分離。同時，乙酸纖維含氧量較高，碳化過程中自氧化明顯，而木質(zhì)素?fù)碛休^好的熱穩(wěn)定性，碳化過程中木質(zhì)素失重較少。這種相分離所導(dǎo)致的熱穩(wěn)定性和熱失重差異造成了生物質(zhì)基碳纖維形貌缺陷，最終無法獲得高質(zhì)量生物質(zhì)基碳纖維（圖1a）。

圖1 (a)物理混紡及磷化處理木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維結(jié)構(gòu)演變機理圖，(b)磷化處理的主要化學(xué)反應(yīng)歷程

  為了實現(xiàn)制備綠色高質(zhì)量生物質(zhì)基碳纖維，大連工業(yè)大學(xué)周景輝教授課題組設(shè)計制備了一種全新木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維，并將其應(yīng)用于電化學(xué)儲能領(lǐng)域。通過一步法簡單的磷化處理過程，實現(xiàn)木質(zhì)素與乙酸纖維素分子間的共價鍵連接。從分子層面上解決木質(zhì)素優(yōu)越的熱力學(xué)穩(wěn)定性與乙酸纖維素良好的可紡性相結(jié)合的問題（圖1a）。

  磷酸作為一種應(yīng)用廣泛的化學(xué)試劑，可以使木質(zhì)素化學(xué)結(jié)構(gòu)中的酚羥基脫水，促進交聯(lián)反應(yīng)形成聚磷酸鹽。隨后，磷化木質(zhì)素與乙酸纖維素中的羥基發(fā)生反應(yīng)，在乙酸纖維素與木質(zhì)素之間形成穩(wěn)定的磷脂鍵（圖1b）。磷化處理可以有效地增加木質(zhì)素與乙酸纖維素分子之間的相互作用，從而提高了前驅(qū)體分子鏈的柔韌性和紡絲溶液的可紡性。隨著磷化處理程度的增加，所獲得的生物質(zhì)前驅(qū)體纖維直徑逐漸增大，且形貌中珠狀缺陷結(jié)構(gòu)明顯減少（圖2）。這種珠狀缺陷結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)主要歸因于木質(zhì)素與乙酸纖維之間發(fā)生了相分離。其中，木質(zhì)素相組成了缺陷結(jié)構(gòu)中的“珠”，乙酸纖維素相組成了缺陷結(jié)構(gòu)中的“線”。對前驅(qū)纖維進行短暫的預(yù)氧化和碳化處理后得到生物質(zhì)基碳納米纖維。由于生物質(zhì)前驅(qū)體纖維中形貌缺陷的存在，物理共混和磷化程度較低的木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維形貌崩塌嚴(yán)重（圖3）。磷化程度適中的木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維保持了原有的纖維狀形貌，這對于獲得高性能的生物質(zhì)基碳納米纖維至關(guān)重要。

圖2 前驅(qū)體掃描電鏡的圖像(a) PFs-1 (H₃PO₄ /木質(zhì)素的質(zhì)量比:0/100),(b) PFs-2 H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:10/100),(c) PFs-3 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:20/100),(d) PFs-4 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:30/100),(e) PFs-5 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:40/100),(f) PFs-6 H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:50/100) 

圖3碳納米纖維掃描電鏡的圖像(a) CFs-1 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:0/100),(b) CFs-2 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:10/100),(c) CFs-3 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:20/100),(d) CFs-4 (H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:30/100),(e) CFs-5 H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:40/100),(f) CFs-6 H₃PO₄  /木質(zhì)素的質(zhì)量比:50/100)

圖4(a)掃描速率為5 mV/s時木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維的CV曲線，(b)電流密度為0.1 A /g時CFs的GCD曲線，(c) 木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維的EIS曲線，(d)不同電流密度時木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維的質(zhì)量比電容

  獨立且直徑均勻的纖維形貌為木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維（CFs-5）提供了較大的比表面積（837.4 m²/g）和比電容（346.6 F/g）。在功率密度為400 W/kg時，基于木質(zhì)素/乙酸纖維素基碳納米纖維超級電容器裝置的能量密度為31.5 Wh/ kg。此研究工作為實現(xiàn)高性能生物質(zhì)基碳纖維的制備和生物質(zhì)資源的高值化利用提供了新思路。

  該研究成果以“Novel Lignin-Cellulose Based Carbon Nanofibers as High-Performance Supercapacitors”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》（DOI:10.1021/acsami.9b14727）期刊上。該研究論文第一作者為博士研究生曹其平，通訊作者為李堯和周景輝教授，該課題得到了國家自然科學(xué)基金(No. 31800498, No. 31770635和 No. 31470604)資助和支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.9b14727