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

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.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>