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木质素功能修饰及其电化学性能研究
【摘要】：木质素作为一种可再生的生物资源，资源丰富，价格低廉，广泛应用于纤维素生物燃料等工业领域。由于木质素在能源工业领域的应用研究发展有限以及当今社会对能源的急需，所以开发木质素在储能材料中的应用是很有必要的。在超级电容器方面，木质素的应用可以提高储能装置的循环稳定性、延长使用寿命，并且降低生产成本、减轻化学污染。本文综述了近年来木质素衍生材料在超级电容器中的应用研究进展，包括它们作为电极、电解质，重点关注其操作背后的机理。
【关键词】：酚化改性；酚羟基；木质素基碳材料；超级电容器
1、前言
由于工业的高速发展和人口增长导致世界能源、资源的需求量不断增加，造成化石燃料的大量使用而导致严重的环境问题。因此，开发可再生、储量丰富、对环境友好的生物质基绿色能源存储设备，对改善环境、部分替代化石能源和可持续性发展等具有重要意义。木质素具有高热稳定性、生物降解性、抗氧化性和良好的硬度[1,2]，将木质素应用于储能领域方面研究，既可以替代化石燃料的消耗，同时保护环境，节约成本。
从化学结构来说，木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳碳键连接而成的具有三维空间的高分子聚合物。针对不同的种类的植物（针叶材、阔叶材、草类），木素的化学结构有所不同，木酚的相对含量（对-香豆醇/ H，松柏油/ G和芥子醇/ S）在三种生物中差异很大。针叶材木质素主要由G单元（gt; 95％）组成，而阔叶材木质素则由G和S单元组成。但是，草本作物含有H，G和S单元。其中不同的酚单元通过C-O-C键和C-C键随机交联，组合而成的木质素结构差异巨大。木质素是一种非均质和无定形聚合物，由于其低成本和生物可再生性[3]，是一种有前景的候选物质。近年来，对木质素进行开发利用，设计出具有可接受的能量密度、长期耐久性和高安全性的有效能量存储设备[4]，本文综述了木质素在储能装置领域的最新研究进展和应用，重点介绍了其工作机理，最后提出了对未来挑战及其可能解决方案的展望。
2.木质素在超级电容器的应用
木质素是自然界中第二丰富的聚合物，其作为芳香族大分子在热解后具有较高的焦炭产率(约为60 wt%)，被认为是环境和经济方面最有前途的碳质材料候选物之一。木质素基碳材料因其高表面积、优异的导电性和高化学稳定性，在作为超级电容器的电极材料中备受关注。此外，木质素中天然形成的酚基团具有氧化还原活性，体积小，可以应用于储能装置。在一定条件下，木质素可以转化为醌基，并具有很强的氧化还原活性。因此，木质素作为储能装置的碳前驱体和电解质添加剂得到了广泛的研究。然而，木质素衍生物的酚基团有限且分子量不均一，木质素质量不稳定，相对分子量小，在储能方面有所不足。本文综述了近年来电池电极和电解质材料的研究和应用进展。
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