王丽娜, 马晓军

(天津科技大学 轻工科学与工程学院,天津300457)

碳气凝胶(CA)是由有机气凝胶经高温炭化得到的一种多孔的三维网络结构纳米材料,由于其具有低密度、高比表面积和优异的化学稳定性而受到越来越多的关注。碳气凝胶多孔的3D互连网络结构使得离子、分子能够容易地进入内部,而分层多孔结构提供了高比表面积和高反应活性接触面,电子可以沿着碳气凝胶的三维碳骨架快速移动。这些独特的结构特性使碳气凝胶作为超级电容器和电池中的非均相催化剂载体[1]、吸附剂[2]和电极材料[3]有很好的应用前景。碳气凝胶材料的经典合成路线涉及溶胶-凝胶化学过程和分子前驱体转化为高度交联的有机凝胶(如酚醛树脂)。在惰性气氛中炭化后,高度交联的有机气凝胶转化为3D可导电的碳气凝胶。但是,一些碳气凝胶和有机气凝胶由于其有毒前驱体、制备工艺复杂、成本高和制备周期长等缺陷,在实际应用上受到限制。相反,植物来源的纤维素材料由于成本低、可再生、生物相容性好和可生物降解等优势而成为制备碳气凝胶有前景的原料。作者综述了植物纤维素基碳气凝胶几种常用的制备方法、研究进展及其在环境治理和能量储存与转化方面的应用,并对植物纤维素基碳气凝胶的发展进行了总结及展望，以期为植物纤维素基碳气凝胶的制备和应用提供参考。

1 植物纤维素基碳气凝胶的制备

1.1 原料来源

天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源,广泛地分布在植物细胞壁中,主要分布在种子纤维(棉)、韧皮纤维(黄麻、竹纤维)、叶纤维(剑麻、蕉麻)、果实纤维(椰子纤维)以及木材纤维中。……