[01109680]生物质基功能材料可控构筑及应用

在漫长的生物进化过程中,生物体运用胶原纤维、纤维素纤维以及矿化晶体等结构单元材料,巧妙构筑出纷繁多样的跨尺度有序生物复合多孔结构。因此,生物材料在功能材料的制备上有着得天独厚的结构优势。此外,在能源危机日益严重、环境日益恶化的今天,人类将生物资源合理应用在功能材料领域具有十分重要的战略意义。本项目从生物质材料在功能材料领域中的应用出发,系统地研究了生物质储能功能材料的组成、孔结构、微观形貌与其储能功能性能之间的构效关系,设计制备出一系列绿色环保、经济以及高性能的生物质储能功能材料。 1、主要技术内容 （1）开发生物质多孔碳储能功能材料及“模板-调控” 可控制备技术。生物体不同的部位甚至同一部位不同的时期展现出不同的微观结构以及元素组成。因此,以生物质原料为自模板碳源,通过表面改性对生物质原料的表面化学环境以及形貌进行调控。利用简单高效的协同“模板-调控”技术实现了对多孔生物质碳储能功能材料的微观形貌、组成以及孔结构的协同调控。进而显著提升了生物质多孔碳储能功能材料的电化学储能性能。 （2）开发堆积多孔生物质碳储能功能材料及随机堆积绿色造孔新技术。天然纳米纤维通过随机堆积绿色造孔新技术制备堆积多孔生物质碳储能功能材料。与传统的现有技术相比,新技术造孔过程中避免了造孔剂的使用,实现了生物质碳储能功能材料造孔的绿色化。该方法还实现了对碳材料孔结构、聚集微观形貌的同步协同调控。通过该造孔新技术制备出来的生物质碳储能功能材料具有良好的电化学储能性能。 （3）开发生物质/无机（有机）纳米复合储能功能材料及原位可控制备技术。在生物质/无机（有机）纳米复合储能功能材料的制备过程中,生物质载体材料始终均匀且稳定地分散在反应体系中。通过无机（有机）纳米材料原位可控生长实现对生物质/无机（有机）纳米复合储能功能材料的聚集微观形貌与无机（有机）纳米材料的形貌、尺寸及分布间的协同调控。利用该技术制备的复合储能功能材料具有良好的电化学储能性能。 2、授权专利情况 本项目获授权发明专利9项,发表学术论文14 篇,培养硕士研究生5 人。研究成果获河南省教育厅科学技术成果一等奖1项。 3、技术经济指标、应用推广及效益情况 本项目以生物质材料在储能领域中的应用为出发点。采用新开发的生物质基储能功能材料制备新技术,成功制备出了生物质多孔碳储能功能材料、堆积多孔生物质碳储能功能材料、生物质/无机（有机）纳米复合储能功能材料。研发出的生物质基储能功能材料展现出良好的储能性能。相应新制备技术绿色、环保、经济。本项目中研发的生物质基储能功能材料和制备新技术在河南锂动电源有限公司等企业推广应用。用户使用后,给企业和社会带来了显著地经济和社会效益,近三年完成单位新增销售收入10.8亿元,新增利润0.96亿元。