雜化孔碳材料的構建和吸附儲能及其機理研究

《雜化孔碳材料的構建和吸附儲能及其機理研究》是依託華南農業大學，由劉應亮擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：雜化孔碳材料的構建和吸附儲能及其機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：劉應亮
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

孔碳作為吸附儲能材料由於比表面高、多孔、動力學性能好、循環壽命長、價廉且易實現規模化製備等優點，是當今的研究熱點。針對吸附儲能材料普遍存在的吸附熱小、吸附溫度低等關鍵科學問題，本項目創新性地利用豐富農林廢棄生物質資源如穀殼、樹皮、甘蔗渣、甲殼素、椰殼等原料，添加不同無機和有機物種，採用水熱溶劑熱等綠色方法設計製備新型雜化孔碳材料，並利用MOFs作為前驅體製備納米催化劑構建雜化孔碳納米複合材料；探討製備方法和實驗條件對雜化孔碳及其複合材料的結構、形貌、孔徑和比表面的影響；研究材料吸附儲能熱力學和動力學特性；闡明硫、硼、氮、磷等非金屬和鋰、鈦、錳、鈀、鐵、鈷、鎳等金屬以及非金屬/金屬摻雜、催化劑與納米複合對材料比表面積、孔容和孔徑大小與分布，對H2等氣體的吸附熱、吸附溫度、吸附容量等的影響和作用；揭示提高雜化孔碳材料吸附儲能性能的規律和途徑，為設計研發新型吸附儲能材料奠定科學基礎。

結題摘要

碳材料具有發達的孔隙結構、穩定的熱力學性能、較長的使用壽命、價廉且易實現規模化製備等優異性能。我國特別是廣東地區的生物質原料非常豐富，其中大部分原料被焚燒或丟棄，因此利用廉價生物質原料替代石化原料來合成新型的碳材料在能源和環境領域具有廣闊的套用前景。本項目利用豐富的農林廢棄生物質資源，採用綠色合成方法，開展雜化孔碳材料的製備及其吸附儲能特性和機理研究，通過摻雜取代、石墨化、催化以及複合等手段調控孔碳材料的結構、形貌、孔徑及其分布、比表面等，研究雜化孔碳材料微結構與吸附儲能性能之間的內在關係和變化規律。通過四年的努力，發展了免活化免後處理生物質碳材料製備方法；不需要催化劑獲得了生物質類石墨烯孔炭材料和多維孔炭材料；提出了混合生物質包括生物質與小分子調控孔炭材料的概念和方法；發展了生物質化學降解法製備孔炭材料的方法；開展了新型活化劑的探索和活化方法的改進，發現了兩類新型活化劑，保持了生物質有利於性能和套用的母體的結構和形貌，並極大提高了生物炭材料的產率；發現了利用酸類物質進行預處理可以極大改變材料的微觀結構和性能的新現象；發現納米孔徑在1.5～2.5 nm範圍內可以顯著提高高壓儲氫能力，小介孔(2- 5 nm)占比更高的碳材料在相對壓力較高的情況下展現出更高的氫氣儲存性能；獲得了系列生物質孔炭材料、雜原子摻雜的生物質和小分子為原料的孔炭材料以及非金屬和金屬與金屬氧化物摻雜的複合孔炭材料，研究了這些材料的吸附儲能性能。本項目在生物質孔炭材料的製備、結構和性能調控、吸附儲能套用等方面在高水平期刊上發表了70多篇研究論文，SCI引用788次，申請和授權專利30多件，獲廣西壯族自治區自然科學二等獎1項，培養研究生和青年教師共30多名。本項目為設計研發新型吸附儲能材料提供了一定的科學基礎，有望為新型吸附儲能材料的研究開發和生物質資源的高效利用做出貢獻。