生物質轉化製備高性能環境能源碳材料的基礎研究

《生物質轉化製備高性能環境能源碳材料的基礎研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由趙惠軍擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：生物質轉化製備高性能環境能源碳材料的基礎研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：趙惠軍
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

生物質是地球上最豐富的可再生資源之一，僅農作物秸稈一項中國每年的產量就超過7億噸，很少被有效利用，其餘全部被焚燒或經自然降解而被消耗，造成巨大資源浪費和對環境的嚴重污染。因此，作物秸稈的有效利用對改善環境和可持續發展具有雙重意義。本項目針對上述重要需求，利用秸稈類生物質具有分子水平上的固定化學結構組成、巨觀尺度上天然的有序材料結構及富含氮、硫元素的優勢，通過碳化轉化及功能化修飾，構築具有微、介、大孔結構的三維碳材料，戀仔並研究其相關基礎科學問題，最終制采鑽習備高性能、低成本的碳基電化學催化劑及低能耗碳基離子去除電極材料，為解決限制燃料電池大規模生產套用和發展電容去離子海水淡化技術中的瓶頸問題提供技術支持。本項目的實施將增進對生物質轉化、功能化及結構設付和漏計中基礎科學問題的理解，同時為促進生物質高端利用技術的發展和生物質材料在能源、環境領域的普及套用奠定基礎。

結題摘要

發展廉價、高效的碳基氧還原反應電催化劑及離子去除電極材料是燃料電池和電容去離子海水淡化技術大規模生產套用的關鍵。迄今為止，這些碳項辣凝基材料幾乎都是由化石燃料轉化的化學品製備獲得，無疑提高了實際使用的成本。生物質是地球上最豐富的可再生資源之一，例如農作物秸稈除很少被有效利用外，其餘全部被焚燒或經自然降解而被消耗，造成巨大資源浪費和對環境的嚴重污染。秸稈類生物質具有分子水平上的固定化學結構組成、巨觀尺度上天然有序材料結構及富含氮、硫元素的優勢，通過碳化轉化及功能化修飾，是製備高性能、低成本碳基電化學催化體店才簽劑及低能耗碳基離子去除電極材料理想原料。為此，本項目的研究內容主要包括：（1）利用豐富、廉價、可再生的作物秸稈等為原材料，發展簡捷、有效的轉化方法製備用於能源及環境領域的高性能碳材料，並針對生物質轉化過程中的基礎科學問題展開研究；（2）生物質轉化製備碳材料的微觀、介觀及巨觀結構設計、構築及功能化研究；（3）有針對性地製備高性能生物質碳基氧還原反應電催化劑及電容去離子電極材料，系統地評價材料的套用性能，並揭示材料組成、結構等與其性能的內在關聯性。圍繞上述研究內容，本項目獲得了一系列廉價、高效生物質碳基電催化劑材料，展示出優異的氧還原反應活性，閥只辣籃而且在電催化分解水產氫、產氧及氮還原產氨套用中也表現出巨大潛勢；發展的離子去除生物質碳基電極材料，不僅展現出優異的電容除鹽性能，為電容去離子海水淡化技術的實際套用提供了技術支持，還可選擇性去趨廈剃除水體中重金屬離子及砷、氟等污染物。在上述研究基礎上，研製了實驗室尺度電容去離子淨水裝備。依託本項目總計發表SCI檢索論文69篇，申請國家發明專利17項，並獲授權專利7項，完成項目所有既定目標。本項目的成功完成，增進了對生物質轉化、功能化及結構設計中基礎科學問題的理解，同時為生物質高端利用技術的發展和生物質材料在能源、環境領域的普及套用奠定了堅實基礎。