近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏研究團隊提出了一種催化熱解的方法來改變木質(zhì)納米纖維素的熱解過程，首次由廉價的木材為原材料制備了高質(zhì)量的超細(xì)碳納米纖維氣凝膠材料，該成果以“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7085-7090）。論文的第一作者是博士生李思成。
纖維素材料廣泛存在于自然界的植物中，由于其廣泛的來源、低成本以及對環(huán)境的友好，木質(zhì)纖維素材料是一種理想的制備碳納米纖維氣凝膠的前驅(qū)物。但是，因為木質(zhì)纖維素納米纖維極小的尺寸使其在熱解制備碳纖維過程中劇烈收縮而無法保持纖維的形態(tài)，迄今為止尚沒有使用木材為原材料成功制備碳納米纖維氣凝膠的先例。為此，研究人員提出了一種催化熱解的方法，通過使用對甲苯磺酸催化木質(zhì)納米纖維素在熱解前期迅速脫水，并改變了其熱解過程和中間產(chǎn)物，使得納米纖維素在熱解后具有高的碳產(chǎn)率的同時還能夠保持很好的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該催化熱解轉(zhuǎn)化方法可將廉價豐富的自然界中的前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)化為高附加值的碳納米纖維材料，對于發(fā)展可再生材料的綠色化學(xué)合成具有指引意義。
由該方法制備的超細(xì)碳納米纖維平均直徑僅為6 nm, 具有很高的電導(dǎo)率（710.9 S m-1）和比表面積（553~689 m2 g-1） 。因其獨特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及高的比表面積，該研究團隊研制的由木材制備的碳納米纖維氣凝膠可以直接用于組裝無須粘結(jié)劑的超級電容器，并且在純碳超級電容器材料中表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能，這種新型碳納米纖維氣凝膠還可應(yīng)用于水體凈化、電催化劑載體和電池電極材料等。論文發(fā)表后，被學(xué)術(shù)媒體ScienceDaily、phys.org、Wiley NewsRoom等以“Wood to supercapacitors”為題選為研究亮點報道。
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