以废弃玉米须为原料制备碳材料，用于低频微波吸收和锂离子储能

摘要：从农业废弃物中提取的生物质碳（BC）材料在微波吸收（MA）方面显示出巨大潜力。然而，目前的研究主要集中在高频（8-18 GHz）微波吸收方面，而在低频（2-8 GHz）微波吸收和其他重要功能（如储能）方面的研究则相对较少。本文，四川大学张析教授、向钢教授在

1成果简介

从农业废弃物中提取的生物质碳（BC）材料在微波吸收（MA）方面显示出巨大潜力。然而，目前的研究主要集中在高频（8-18 GHz）微波吸收方面，而在低频（2-8 GHz）微波吸收和其他重要功能（如储能）方面的研究则相对较少。本文，四川大学张析教授、向钢教授在《Nanoscale》期刊发表名为“Corn silk-derived biomass carbon materials for low-frequency microwave absorption and energy storage”的论文，研究利用富含碳的玉米须，通过简单的化学活化和碳化过程制备出具有均匀孔隙和大比表面积的BC 材料。

由于优化了阻抗匹配、界面极化和（N和O）杂原子诱导的偶极极化，最佳样品表现出卓越的低频MA能力，包括 6.88 GHz时-75dB 的强反射损耗 (RL)、低至2.8GHz 的有效吸收带宽 (EAB，RL≤-10dB)，以及出色的雷达截面减小能力。此外，由于富含杂原子的多孔结构具有较大的比表面积，它在锂离子电池中实现了1015.54mA-h g-1 的高初始放电比容量和0.5Ag-1 的稳定循环性能。我们的研究提供了一种简单、低成本的方法来制造高性能多功能BC材料，用于低频MA和锂离子储能。

2图文导读

图1、 (a) Schematic of the synthesis process of corn silk-based BC materials. SEM images of (b) BC6, (c) BC8, (d) BC10 and (e) BC12. TEM images of (b1) BC6, (c1) BC8, (d1) BC10 and (e1) BC12. EDS mapping of (b2) BC6, (c2) BC8, (d2) BC10 and (e2) BC12.

图2、 (a) XRD patterns, (b) Raman spectroscopy, (c) FT-IR spectroscopy and (d) XPS survey spectra of BC6, BC8, BC10 and BC12. (e–g) XPS patterns in C 1s, O 1s and N 1s of BC8. (h) N2 adsorption–desorption isotherms and (i) pore size distributions and specific surface areas of BC6, BC8, BC10 and BC12.

图3、 (a) Comparison of the EABmax and RLmin values for BC6, BC8, BC10 and BC12. (b, c and d) RL of the 3D, 2D and contour line spectra for BC8. (e) Comparison of the RLmin values obtained in this work with those of other biomass-derived materials. (f) Comparison of the low-frequency EAB values obtained in this work with those of other low-frequency MA materials.

图4、 (a–d) RL, tm and |Zin/Z0| vs. frequency curves of (a) BC6, (b) BC8, (c) BC10, and (d) BC12. Cole–Cole semicircle (ε′ vs. ε′′) curves of (e) BC6, (f) BC8, (g) BC10, and (h) BC12. (i) ε′, (j) ε′′, (k) tan δε, and (l) attenuation constants of BC6, BC8, BC10, and BC12.

图5、 (a) Geometry for RCS simulation. (b) RCS curves of the PEC, BC6 + PEC, BC8 + PEC, BC10 + PEC and BC12 + PEC at different scanning angles. (c) Three-dimensional radar wave scattering signals of BC6, BC8, BC10, and BC12. (d) Tafel curves and (e) EIS plots of BC8 in 1 wt% HCl solution, 3.5 wt% NaCl solution and 0.5 M KOH solution. (f) Contact angles of BC6, BC8, BC10 and BC12. (g) The value of 0–5 min of BC6, BC8, BC10, and BC12. (h) Thermal infrared images of BC8. (i) Schematic illustration of the heat transfer mechanism.

图6、 (a) Schematic diagram of LIBs. (b) Cycling stability at 0.5 A g−1 for BC6, BC8, BC10 and BC12. (c) Charge–discharge curves, (d) CV curves, (e) rate performance and (f) EIS spectra of the electrode before cycling and after 100, 200 and 500 cycles of BC8.

3小结

本研究采用简便的化学方法，用低成本的农业废料玉米须制成了多孔 BC 材料。最佳样品在6.88GHz 时的 RLmin 值为-75dB，EABmax值为6.64 GHz，其EAB值在 2-8 GHz 频率范围内可扩展至2.8GHz，这标志着在探索高效低频MA材料方面取得了显著进展。同时，它还表现出1015.54mA h g-1 的高初始放电容量，并且在LIB中以0.5Ag-1 循环时保持稳定。我们的研究结果为获得用于高效低频MA和LIB储能的多功能多孔碳材料提供了一种直接、低成本和可扩展的方法。

文献：