Углеродные аэрогели из древесины

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №7)

pic_2018_07_21.jpg

Аэрогели из дерева

Углеродные аэрогели, ультралегкие и проводящие, интересны как потенциальный материал для электродов суперконденсаторов, применяющихся в электромобилях и бытовой электронике, однако существующие методы их получения довольно сложны. Исследователи из КНР разработали новый способ получения таких аэрогелей из возобновляемого сырья — нанофибрилл целлюлозы («Angew. Chem. Int. Ed.», 2018, 57, 24, 7085—7090, doi: 10.1002/anie.201802753).

Суперконденсаторы — это конденсаторы, способные почти мгновенно накапливать и высвобождать большое количество энергии. Ключевые требования к материалу для суперконденсатора — большая площадь поверхности и высокая проводимость, а также, что не менее важно для промышленного производства, простой метод получения, причем желательно из возобновляемого сырья. Как показали результаты исследования Шу-Хуна Ю из Научно-технического университета Китая в Хэфэе, материалы, удовлетворяющие всем требованиям, — углеродные аэрогели.

Сейчас существует два способа их получения. Сырьем для первого, менее затратного, служат производные фенола. Однако углеродные структуры, которые производят этим способом, отличаются скромной электропроводностью. Второй метод позволяет получать аэрогели, свойства которых идеально соответствуют применению в микроэлектронике, но, поскольку сырье для них — углеродные нанотрубки и графен, стоимость их довольно высока. Ю предлагает получать углеродные аэрогели из дешевого и распространенного источника — древесной массы. Точнее, из ее основного компонента — наноцеллюлозы, волокна которой образуют клеточные стенки растений.

Мягкое окисление наноцеллюлозы в присутствии ловушек свободных радикалов приводит к образованию гидрогеля с упорядоченно расположенными нановолокнами целлюлозы, одинаковыми по форме и длине. Органические аэрогели получают из гидрогелей с помощью сушки и пиролиза. Китайские исследователи также попытались провести пиролиз лиофилизированного (высушенного при экстремально низких температурах) гидрогеля из нановолокон целлюлозы. Присутствие катализатора (п-толуолсульфокислоты) позволило снизить температуру пиролитического расщепления целлюлозы и получить механически устойчивую и высокопористую трехмерную сетку из атомов углерода. Сетка имеет большую удельную площадь поверхности и высокую электропроводность.

Авторы работы сделали из углеродного аэрогеля древесного происхождения электроды для суперконденсаторов. Производительность оказалась почти такой же, как у коммерчески доступных электродов. В ближайших планах Ю и соавторов — масштабирование нового процесса.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 7/2018) на с. 21.

Разные разности

01.10.2018 12:00:00

…разновидность северного сияния под названием STEVE на самом деле вообще не северное сияние...

…найдены прямые и окончательные доказательства присутствия поверхностного водного льда в полярных областях Луны...

…чип, содержащий живые клетки дрожжей, поможет отслеживать суточные дозы облучения у сотрудников больниц, исследовательских лабораторий и АЭС…


>>
29.09.2018 10:00:00

У блокчейн-технологии есть существенный недостаток: ее защищенность базируется на том, что процедура проверки данных в цепочках блоков требует большого расхода энергии. При своем нынешнем объеме система потребляет энергии как целая страна.

>>
28.09.2018 17:30:00

Уже сегодня более двух миллиардов человек во всем мире регулярно употребляют в пищу насекомых. Все знают, что это ценный источник белка, витаминов, минералов и полезных жиров — самое время выяснить, есть ли в них что-то вредное.

>>
12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>