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中山大學Kai Yan和東莞理工學院Anqi Wang課題組--自模板生物質基多孔碳納米管用于儲能和催化降解應用

能源減少和環境惡化是巨大的全球性問題，而生物質廢物是能源和材料生產的未充分利用的材料來源。為了應對這些挑戰，本文通過簡單且可擴展的策略合成了靈芝衍生多孔碳納米管（ST-DDLGC）的自模板煎渣。由于前體的交錯管狀結構和管壁上的超層次多孔結構，ST-DDLGCs表現出大表面積（1731.51 m² g^-1）和高孔體積（0.76 cm³ g^-1 ）。在 ST-DDLGC/PMS 系統中，卡培他濱 (CAP) 的降解效率在 120 分鐘內達到約 97.3%。此外，ST-DDLGCs在3-9的寬pH范圍內表現出高催化活性，并對廢水和天然水體中這些典型且普遍存在的陰離子（即H₂PO₄^-、NO₃^-、Cl^-和HCO₃^-）具有很強的抗干擾性。），其中識別出 ¹O₂ 主導的氧化并推斷出非自由基機制。此外，基于ST-DDLGC的硬幣型對稱超級電容器表現出出色的電化學性能，在0.5 A g ^-1 時比電容高達328.1 F g^-1 ，在該電流密度下循環10,000次后循環穩定性高達98.6 % 2 A g^-1。 ST-DDLGCs 的優越性能可歸因于獨特的多孔管狀結構，該結構促進傳質并呈現出眾多的活性位點。結果表明 ST-DDLGC 是構建廉價且先進的環保功能材料和儲能設備的潛在候選者。

Fig 1. 靈芝多孔碳納米管自模板多孔碳納米管（ST-DDLGCs）的制備及應用示意圖。

Fig 2. ST-DDLGC₀ (a)、ST-DDLGC₂ (b) 和 ST-DDLGC₃ (c) 的 SEM 圖像，以及 ST-DDLGC₂ (d, e, g, h) 和 ST-DDLGC₃ (f, i) 的 TEM 圖像不同的放大倍數。

Fig 3. ST-DDLGC₂和ST-DDLGC₃樣品的(a)氮氣吸附-解吸等溫線，(b)孔徑分布曲線，(c)X射線衍射(XRD)圖和(d)拉曼光譜。

Fig 4. 使用 6 M KOH 的雙電極系統中的電化學性能。 (a) ST-DDLGC₂ 和 ST-DDLGC₃ 的 EIS 曲線。 (b) ST-DDLGC₃ 的 GCD 曲線。(c) ST-DDLGC₃ 的 CV 詛咒。（d）ST-DDLGC₂和ST-DDLGC₃的比電容（插圖顯示由紐扣型超級電容器供電的發光二極管）。 (e) ST-DDLGC₂ 和 ST-DDLGC₃ 的拉貢圖。 (f) ST-DDLGC₃ 的循環穩定性和庫倫效率。

Fig 5. (a) 不同系統中 CAP 的去除，(b) 多種共存陰離子存在下 CAP 降解的動力學，(c) 初始 pH 對 CAP 降解的影響，以及 (d) ST-DDLGC₂ 在 CAP PMS 激活中的循環測試降解。 [[Catalyst] = 0.5 g L^-1 、[PMS] = 1.0 mM、[CAP] = 50 mM、[H₂PO₄^- ] = [NO₃^- ] = [Cl^- ] = [HCO₃^- ] = 10 mM、中性 pH、室內溫度。

Fig 6. (a) ST-DDLGC₂/PMS 系統中 CAP 的擬議降解途徑，以及根據生態結構-活性關系 (ECOSAR) 的 CAP 及其中間體的 (b) 急性毒性和 (c) 慢性毒性。

Fig 7. (a) I-t 曲線，(b) 不同清除劑存在下的 CAP 降解過程，(c) DMPO-SO₄^·-/^·OH、DMPO-O₂^·- 和 TEMPO-¹O₂ 的 EPR 譜圖，(d) ST-DDLGCs 激活 PMS 導致 CAP 降解的機制。

相關研究工作由中山大學Kai Yan和東莞理工學院Anqi Wang課題組于2023年聯合在線發表在《Green Energy & Environment》期刊上，Self-templating synthesis of biomass-based porous carbon nanotubes for energy storage and catalytic degradation applications，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gee.2023.10.005

轉自《石墨烯研究》公眾號

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