华中农业大学《JACS》：用于高性能钠金属负极的多孔碳集电器的生物选择性合成
日期：2021-12-21
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利用真菌辅助生物合成方法，获得了一种具有优化的石墨结构、垂直取向的沟道和高孔体积的轻质三维（3D）碳收集器。
天然木材热解制备的生物质炭材料具有潜在的应用前景。天然木材由多种碳源组成，包括木质素、半纤维素和纤维素，这些碳源影响热解碳的形成和微观结构。然而，这一机制尚不完全清楚。
本文，华中农业大学曹菲菲团队在《J. Am. Chem. Soc》期刊发表名为“
Bioselective Synthesis of a Porous
Carbon Collector for High-Performance Sodium-Metal Anodes
”的论文，
研究在大量的木质素是通过生物降解真菌从椴木中选择性地消耗。结果表明，所制备的碳材料经热处理后具有短程有序石墨结构。
碳石墨化程度的提高表明纤维素有利于热解过程中石墨的形成
。
石墨化程度的提高有助于提高电极反应的电荷转移和热力学稳定性。
作
为概念证明，所获得的作为钠金属阳极的碳集流器可以在10mAh cm
–2
的面积容量下进行4500小时以上的循环，并且产生>99.5%的优良库仑效率。
图1.真菌处理的椴木的合成碳过程示意图。
图2.（a）FBWC和BWC的拉曼光谱。
（b–e）FBWC的HRTEM图像，照片以及俯视和横截面SEM图像。
图3.（a）恒电流电镀/剥离电压曲线，
（b）FBWC上0.5 mA cm –2和10–20 mAh cm –2的Na的CE 。
（c）FBWC在0.5 mA cm –2和10 mAh cm –2时的恒电流放电和充电曲线。
（d）电压曲线显示在0.5 mA cm -2和10 mAh cm -2的电镀容量下对称电池中的Na电镀/剥离过程；FBWC电极的厚度为1.0毫米。
图4.（a）恒电流放电/充电电压曲线中0.5 mA cm –2表示镀钠/剥离状态。FBWC的俯视图SEM图像：（b）初始状态，（c）放电至0 V后，（d–f）嵌入/电镀1-4 mAh cm –2的Na后，（g–h）去除2.5和Na的3.5 mAh cm –2，和（i）充电至0.5 V后。（j）插入/电镀Na（4 mAh cm –2）后的横截面SEM图像，以及相应的C和Na元素图。
总之，通过使用真菌辅助的生物合成方法，可以实现轻量级的3D 碳获得具有改进的石墨结构，垂直取向的通道和高孔体积的集电器。这项工作为用于高性能SMBs钠金属负极的高性能3D碳集电器的合理设计提供了指南。
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