多维度生物质多孔碳材料的制备方案
1 一维生物质碳材料
1.1一维生物质碳材料的制备
JieCai等人通过对醋酸纤维素溶液进行静电纺丝，然后脱乙酰和热解，制备了具有氮功能化的碳纳米纤维材料。然而，在制备的过程中，醋酸纤维素在退火的过程中容易熔化和变形，所以需要脱乙酰处理，以保持醋酸纤维素的形态。而在极端的pH值下的脱氨基反应后，产物需要大量水来清洗，这与绿色工艺的理念背道而驰[1]。Volodymyr Kuzmenko等人发现NH4OH与NH4Cl的同时注入醋酸纤维素浸渍并脱乙酰化，可以显著的缩短再生步骤和减少洗涤前驱体的耗水量。得到的纳米碳纤维具有70–400nm的纤维直径、表面粗糙度和亲水性等特性[2]。
R.Berenguer等人研究表明，通过选择适当的升温速度，就可以有效的控制相互连接的多孔木质素碳纤维。先慢速加热使木质素稳固，便足以防止再碳化的过程中软化，从而提供松散的碳化木质素纤维[3]。
此外，纤维的多孔结构是一个关键的性能参数，例如ZhiJin等人报道了一系列的活性炭木纤维经过一步碳化和水蒸气活化后得到的纤维。较长的活化时间会产生更多的相互连接的介孔[4]。与纤维相比，一维生物质碳材料具有独特的中空结构。近年来，在天然一维中空材料的制备方面涌现出大量成果。例如，利用NaOH/尿素溶液对纤维进行预处理，然后在碳化过程中制备出具有分级纳米结构的活性碳纤维。分层多孔结构和保留良好的空心微结构良好的增大了表面积。近期H.Wang等人从天然材料中制备了廉价但高性能的碳纤维材料。他们首次使用熔融的金属钠来重组廉价的天然棉花，获得分层多孔中空石墨化碳纤维。木棉具有最高的中空率（97%），可以提供更大的表面积和更快的运输渠道。但纤维管壁极薄（0.74mm），自然纤维在500℃以上的高温下，无论是直接碳化或活化时都容易破坏其形貌。为了保存天然的中空结构，通过预稳定法制备木棉基中空碳微管，然后碳化并在(NH4)2HPO4存在下活化。(NH4)2HPO4不仅作为致孔剂和氮/磷源，更是不可缺少的交联剂，使得木棉结构稳定。
1.2 一维生物质碳基复合材料的制备
Zhihong Bi等采用简易酸处理及后续水热法合成了beta;-Ni(OH)2@经酸处理的碳微管(ACMT)复合材料。酸处理显著增加了碳微管表面羧基基团的比例，有利于增加其亲水性。木棉纤维其直径可调（直径约8-10 mm，壁厚约0.8-1.0 mm），中空度高（86％以上），且易于值得，成本低，是活性材料的潜在载体之一。W.Xu等人利用木棉纤维作为低成本模板，以简单的水热和碳化过程合成了空心管状碳化木棉纤维/NiO复合材料。Xiaohua Zhang等报道了一种3D MnO/碳化微型管束，其中包含由木屑和3D纳米结构MnO2通过阳极电沉积产生的碳微管束（CMB）。这种结构提供了多通道，有利于分子的传递[5]。Jianhua Zhu等以棉织物和无机盐为前驱体，通过微波加热工艺合成磁性管状碳纳米复合材料织物。其颗粒不是均匀分布在管面两侧，就是镶嵌在管壁内，促进了纳米颗粒与电解质之间的有效电荷转移。这种材料的成本低，制作方便，是理想的生物质碳基复合材料[6]。
1.3 一维生物质碳基柔性材料的制备
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