在炭化過程中，氧化石墨烯是淀粉直接轉(zhuǎn)化為高價值碳材料的有效促進劑。然而，氧化石墨烯在避免淀粉發(fā)泡和驅(qū)動碳質(zhì)固體生長方面的具體機制尚不清楚。通過熱分析和氣液固產(chǎn)物分析，我們確定了氧化石墨烯在淀粉轉(zhuǎn)化為多孔碳球中的雙重功能。在物理層面上，氧化石墨烯涂層通過空間限制效應，不僅使淀粉相互分離，而且阻斷淀粉發(fā)泡產(chǎn)生的生物焦油，誘導焦油二次分解，形成碳骨架，從而獲得較高的產(chǎn)碳率。在化學層面上，氧化石墨烯涂層誘導淀粉的定量脫水，這意味著泡沫程度可控，并提供可調(diào)節(jié)的所得碳的孔隙結(jié)構(gòu)。作為鋰存儲的負極材料，在20mA g
-1時具有665 mAh g
-1的高容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這些結(jié)果為氧化石墨烯驅(qū)動淀粉向碳的可控轉(zhuǎn)化提供了更深入的理解，這可能會促進生物質(zhì)衍生碳材料在儲能方面的實際應用。
圖1. 淀粉基炭制備工藝示意圖。
圖2. 玉米淀粉前驅(qū)體(a)、氧化石墨烯包覆的玉米淀粉前驅(qū)體GS10 (b)、碳化后的泡沫玉米淀粉(c)、碳化的GS10 (d)的SEM圖像、碳化的GS10、還原氧化石墨烯包覆部分(e)和淀粉衍生的非晶態(tài)部分(f)的TEM圖像。
圖3. PS和GS10的TG-DTG曲線（a），PS（b）和GS10（c）的MS光譜，GS10（d）的DSC曲線，GS10-280（e）的TG-DTG-曲線，以及GS10-280的MS光譜（f）。
圖4. 每種前體的FT-IR光譜（a），每種碳化產(chǎn)物的XPS圖譜（b）、氮吸附-脫附等溫線（c）和相應的孔徑分布（d）、XRD圖譜（e）和拉曼光譜（f）。
圖5. GO涂層在分子水平上抑制淀粉發(fā)泡和隨后的碳化過程的可能機制。
圖6. 0.02 A g
-1時初始恒電流充放電曲線(a)、0.1 mV時初始CV曲線(b)、0.02 A g
-1、0.05 A g
-1、0.1 A g
-1、0.2 A g
-1、0.5 A g
-1、1 A g
-1、2 A g
-1、3 A g
-1和0.05 A g
-1 時速率性能測試(c)，以及所有樣品在0.5 A g
-1時的循環(huán)性能(d)。
相關(guān)研究成果由太原理工大學材料科學與工程學院Yi-Ming Liu和中國科學院山西煤炭化學研究所、中科院炭材料重點實驗室Cheng-Meng Chen等人于2023年發(fā)表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157371 )上。原文：Mechanistic insights into dual function of graphene oxide in preparing Starch-derived amorphous carbon for lithium storage。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
