文献综述：
碳化纤维素的改性及其在能源储存方面的应用
摘要：随着世界经济的迅猛发展,不可再生资源的日趋枯竭及环境污染问题严重威胁着人类的生存与发展。为应对能源需求的快速增长,锂离子电池、锂硫电池以及超级电容器等电化学储能体系是目前研究的热点。为了发展高性能的电化学储能体系,科学家们在电极材料的研究方面做了巨大的努力。本文对碳化纤维素的改性，锂离子电池和超级电容器进行了综述。
关键词：天然纤维素，锂离子电池，超级电容器
1.引言
当今社会,化石燃料是人类生产、生活的主要能源,然而,随着全球能量使用的不断增长,化石燃料等不可再生资源将日趋枯竭。与此同时,人们对环境保护的意识越来越强烈,对经济可持续发展的追求也不断深入,因此,人们开始将目光聚焦在一些天然可再生的生物质资源上,以它们为原料,制备更加安全和绿色环保的生物质基材料,力求取代化石燃料。纤维素是自然界中分布最广,储量最大的天然高分子[1]。每年植物通过光合作用可以产生数千亿吨的纤维素,因此,纤维素以一种取之不尽用之不竭的可再生资源。在植物界中纤维素大约占到碳元素含量的50%以上,从树木、棉麻、草类、麦秆、甘庶渣以及一些细菌、藻类中可以分离得到大量的纤维素[2,3]。
- 天然纤维素物质
2.1 天然纤维素物质的结构
纤维素的分子结构是在1932年,由Staudinger确定的,它是由D-吡喃型葡萄糖基(AGU)通过糖苷键连接而成的线型高分子聚合物,化学结构式为(C6H10O5)n,其中n为聚合度。在纤维素中,碳、氧、氧三种元素的含量分别为44.44%、6.17%和49.39%。纤维素的分子结构中,每个吡喃型葡萄糖基上的羟基位于C2、C3和C6位置,其中C2和C3具有典型的仲醇的性质,C6具有典型的伯醇的性质,它们对纤维素的性质有着决定性的作用。纤维素的末端经基可以表现出不同的反应性质,其中C1末端经基具有一定的还原型,而C4末端羟基却不具有明显的还原性。由于纤维素分子中存在着大量的羟基,因此,纤维素分子间能形成氢键,可以发生吸水、溶胀等行为以及发生氧化、醚化、酯化等反应。
2.2 天然纤维素的形成
目前,纤维素可以通过在自然界中进行生物合成或是在生物体外通过人工方法制备得到。纤维素的生物合成在过去几十年间被详细地研究[4-8],其中,最主要的一个途径是在自然界中通过植物的光合作用产生大量的纤维素。从棉桃的纤维中能够直接得到高纯度的纤维素,而木质纤维素则是由木质素和其他多糖组成的天然复合材料,需进一步通过大规模的化学制浆、分离、纯化等过程才能得到纯度较高的纤维素。除了植物以外,一些特定的细菌、藻类和真菌同样会产生纤维素,来源于此的纤维素由于具有特殊的超分子结构常被用作进一步研究纤维素结构、结晶度和反应活性的模型。
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