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为探究热带木材水热炭（hydrochar）用于能量转换和存储的性能，研究人员以芒果、龙眼、桉树和银合欢木材为原料制备水热炭并研究其性能。结果表明不同木材水热炭特性不同，银合欢木材水热炭电子转移速率常数最大。该研究为相关应用选材提供依据。
在能源领域，寻找可持续、高效的能量转换和存储材料一直是科研人员的重要任务。传统的化石燃料面临着资源枯竭和环境污染等问题，因此，开发新型的可再生能源材料迫在眉睫。水热炭（hydrochar）作为一种通过水热碳化（HTC）过程制备的碳基材料，因其独特的性能受到了广泛关注。它可以由各种生物质原料制备，具有高碳含量、较大的比表面积和丰富的表面官能团等优点，在土壤改良、碳封存、污染物吸附以及能量存储等方面都展现出了巨大的潜力。
然而，目前大多数关于水热炭的研究主要集中在农业废弃物或藻类生物质上，对于热带木材来源的水热炭的研究相对较少。热带木材种类丰富，如芒果、龙眼、桉树和银合欢等，它们是农业和林业活动的副产品，资源丰富且可再生。不同的热带木材化学组成差异较大，这可能会导致制备出的水热炭具有独特的性能。但这些独特性能以及它们在能量转换和存储应用中的潜力尚未得到充分研究。为了填补这一知识空白，来自 Diponegoro University 的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《Bioresource Technology Reports》上。
研究人员主要采用了水热碳化、扫描电子显微镜（SEM）等技术方法。首先，将采集自 Diponegoro University 所属 Forest with Special Purpose（FwSP）的银合欢木材、桉树、芒果和龙眼等生物质材料切成 2 - 3cm 大小的碎片，按照 1:5（生物质与蒸馏水）的比例，将 5g 生物质与 25mL 蒸馏水混合后放入水热反应器中，在 300°C 的炉中加热 3h，制备得到水热炭。然后利用 SEM 对水热炭的表面形态进行观察。
水热炭的形态特征
通过 SEM 观察发现，不同木材制备的水热炭表面形态差异显著。芒果水热炭表面相对光滑，有可见的纤维结构和嵌入的球形颗粒，保留的纤维结构表明芒果木在水热过程中保留了部分木质纤维素结构；龙眼、桉树和银合欢水热炭也各自呈现出独特的表面特征，这些形态差异反映了它们在水热过程中的结构转变。
水热炭的性能差异
研究结果显示，生物质类型对水热炭的形状、官能团、结晶度和碳化程度都有影响。桉树水热炭具有致密的多孔网络结构；芒果和龙眼水热炭更多地保留了木质纤维素结构，在结构完整性和反应性之间达到了平衡；银合欢水热炭形状不规则且呈无定形，具有适度的芳香性。在电子转移速率常数方面，银合欢木材制备的水热炭最大，为（5.55 ± 0.11）s?1 ，其次是芒果（5.44 ± 0.91）s?1 、桉树（3.77 ± 1.06）s?1 和龙眼（3.61 ± 0.08）s?1 ，这主要取决于碳化程度和芳香性含量。在 100mV/s 的扫描速率下，芒果木水热炭的比电容最大，为 4.3F/g，随后依次是龙眼（3.5F/g）、桉树（3.1F/g）和银合欢（2.9F/g）。
研究结论与意义
通过对这四种水热炭的比较分析，发现它们具有不同的结构和功能特性，这使得它们适用于不同的应用场景。保留木质纤维素结构的水热炭，其含氧官能团增强了表面反应性，适合用于催化应用；而某些无定形、疏水性的水热炭则在能量存储和活性炭生产方面具有潜力。该研究首次系统地探索了热带木材来源水热炭的特性与电子转移动力学之间的关系，为在能量转换和存储应用中根据功能特性选择合适的水热炭提供了重要依据，有助于优化热带木材水热炭的生产，推动其在环境修复和能量存储技术中的应用，对实现可持续能源发展具有重要意义。
