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纳米能源环境材料领域研究获新进展

核心提示: 近日,理学院功能材料与生物质利用实验室在纳米能源环境材料领域获得进展,相关研究成果分别发表在化学、材料国际期刊Advanced Materials(先进材料)和Angewandte Chemie International Edition(德国应用化学杂志)上。

南湖新闻网讯(通讯员 叶欢)近日,理学院功能材料与生物质利用实验室在纳米能源环境材料领域获得进展,相关研究成果分别发表在化学、材料国际期刊Advanced Materials(先进材料)和Angewandte Chemie International Edition(德国应用化学杂志)上。

题为《Fungi-Enabled Synthesis of Ultrahigh Surface Area Porous Carbon》的研究论文在国际材料学领域期刊Advanced Materials上发表。论文开辟了以农业废弃物-菌渣为源制备超高比表面积碳材料的新途径,提出了借助食用菌菌丝的“分解”生物特性制备超高比表面积多孔碳材料的新方法。食用菌的培养基质-菌渣是一类常见的农业废弃物,据中国食用菌协会的统计,全国每年菌渣的产量会达到5000万吨左右,且绝大部分没有得到有效利用。回收再利用菌渣具有重要的战略意义。菌渣的主要成分是纤维素,还含有多糖、有机酸、酶和酚等化学物质,具有天然的微-纳结构。自然界参与降解木质素的微生物种类有真菌、放线菌和细菌等,但是已知的唯一能广泛降解木质素的是真菌。以木材腐朽的类型,木质纤维素降解真菌可分为:白腐菌、褐腐菌和软腐菌。其中白腐菌是迄今为止最有效、最主要的木质素降解微生物,丝状真菌可以直接入侵木材质的细胞空腔内,释放降解木质素和其他木质组分的酶,促使木材腐烂成白色海绵状团块。经菌丝分解后的木材是制备功能化碳材料的理想原料。

该研究正是基于以上启发,开发了植物体预先经过食用菌菌丝降解、加剧腐朽程度,实现木质纤维素内的空隙度增加;然后通过简单的高温碳化和KOH 活化制备超高比表面积碳材料的方法。揭示了由植物废弃物获取具有超高比表面积的多孔活性碳材料的造孔机制:食用菌菌丝分泌的胞外酶能使发酵后的植物具有丰富的孔隙结构,这些孔隙的存在有利于后续活化剂的渗入,将进一步提高活化效率。该多孔碳材料应用于电化学储能、电催化和污染物吸附领域时,都展现了极其优异的性能。

该论文第一作者为我校博士生汪萍和理学院副研究员叶欢,通讯作者为理学院教授曹菲菲和中国科学院化学研究所研究员郭玉国。

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题为《Guiding Uniform Li Plating/Stripping via Lithium Aluminum Alloying Medium for Long-Life Li Metal Batteries》的论文在Angewandte Chemie International Edition上发表。论文首次提出利用锂铝合金介质,调控金属锂的均匀成核,实现了金属锂的均匀生长的新方法,有效地解决了金属锂在安全性和循环稳定性等方面的问题。研究表明,当采用纳米铝包覆的三维纳米铜箔用于金属锂的沉积时,锂原位优先和铝发生合金化反应形成亲锂的锂铝合金层,此后这层锂铝合金层作为锂的成核位点,诱导金属锂呈现球状生长,避免形成枝晶,提高了电池的安全性能,为可再充的金属二次电池的发展提供了新思路和新途径。

叶欢为论文第一作者,曹菲菲和郭玉国研究员为论文通讯作者。

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相关论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805134

相关论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201811955

审核人:曹菲菲

责任编辑:龙彦辰
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