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.

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>