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中山大学Kai Yan和东莞理工学院Anqi Wang课题组--自模板生物质基多孔碳纳米管用于储能和催化降解应用

 石墨烯研究 2023-12-29 发布于江苏
能源减少和环境恶化是巨大的全球性问题,而生物质废物是能源和材料生产的未充分利用的材料来源。为了应对这些挑战,本文通过简单且可扩展的策略合成了灵芝衍生多孔碳纳米管(ST-DDLGC)的自模板煎渣。由于前体的交错管状结构和管壁上的超层次多孔结构,ST-DDLGCs表现出大表面积(1731.51 m2 g-1 )和高孔体积(0.76 cm3 g-1 )。在 ST-DDLGC/PMS 系统中,卡培他滨 (CAP) 的降解效率在 120 分钟内达到约 97.3%。此外,ST-DDLGCs在3-9的宽pH范围内表现出高催化活性,并对废水和天然水体中这些典型且普遍存在的阴离子(即H2PO4-、NO3-、Cl-和HCO3-)具有很强的抗干扰性。),其中识别出 1O2 主导的氧化并推断出非自由基机制。此外,基于ST-DDLGC的硬币型对称超级电容器表现出出色的电化学性能,在0.5 A g -1 时比电容高达328.1 F g-1 ,在该电流密度下循环10,000次后循环稳定性高达98.6 % 2 A g-1。ST-DDLGCs 的优越性能可归因于独特的多孔管状结构,该结构促进传质并呈现出众多的活性位点。结果表明 ST-DDLGC 是构建廉价且先进的环保功能材料和储能设备的潜在候选者。
Fig 1. 灵芝多孔碳纳米管自模板多孔碳纳米管(ST-DDLGCs)的制备及应用示意图。

Fig 2. ST-DDLGC0 (a)、ST-DDLGC2 (b) 和 ST-DDLGC3 (c) 的 SEM 图像,以及 ST-DDLGC2 (d, e, g, h) 和 ST-DDLGC3 (f, i) 的 TEM 图像不同的放大倍数。

Fig 3. ST-DDLGC2和ST-DDLGC3样品的(a)氮气吸附-解吸等温线,(b)孔径分布曲线,(c)X射线衍射(XRD)图和(d)拉曼光谱。
    
Fig 4. 使用 6 M KOH 的双电极系统中的电化学性能。(a) ST-DDLGC2 和 ST-DDLGC3 的 EIS 曲线。(b) ST-DDLGC3 的 GCD 曲线。(c) ST-DDLGC3 的 CV 诅咒。(d)ST-DDLGC2和ST-DDLGC3的比电容(插图显示由纽扣型超级电容器供电的发光二极管)。(e) ST-DDLGC2 和 ST-DDLGC3 的拉贡图。(f) ST-DDLGC3 的循环稳定性和库伦效率。

Fig 5. (a) 不同系统中 CAP 的去除,(b) 多种共存阴离子存在下 CAP 降解的动力学,(c) 初始 pH 对 CAP 降解的影响,以及 (d) ST-DDLGC2 在 CAP PMS 激活中的循环测试降解。[[Catalyst] = 0.5 g L-1 、[PMS] = 1.0 mM、[CAP] = 50 mM、[H2PO4- ] = [NO3- ] = [Cl- ] = [HCO3- ] = 10 mM、中性 pH、室内温度。    

             Fig 6. (a) ST-DDLGC2/PMS 系统中 CAP 的拟议降解途径,以及根据生态结构-活性关系 (ECOSAR) 的 CAP 及其中间体的 (b) 急性毒性和 (c) 慢性毒性。    

       Fig 7. (a) I-t 曲线,(b) 不同清除剂存在下的 CAP 降解过程,(c) DMPO-SO4·-/·OH、DMPO-O2·- 和 TEMPO-1O2 的 EPR 谱图,(d) ST-DDLGCs 激活 PMS 导致 CAP 降解的机制。
相关研究工作由中山大学Kai Yan和东莞理工学院Anqi Wang课题组于2023年联合在线发表在《Green Energy & Environment》期刊上,Self-templating synthesis of biomass-based porous carbon nanotubes for energy storage and catalytic degradation applications,原文链接:https:///10.1016/j.gee.2023.10.005

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