绿色球磨法助力木质沥青基碳材料电化学性能飞跃，开启超级电容器新时代

当前碳材料功能化方法存在复杂、有毒、不环保等问题。研究人员采用绿色球磨法处理木质沥青制备碳材料。结果显示，球磨 9h 的碳材料在 1A/g 电流密度下比电容达 297F/g。该研究为超级电容器电极材料开发提供新方向。

　　在当今科技飞速发展的时代，能源存储与转化领域一直是科研的热门赛道。碳材料凭借其在催化、能源存储（如超级电容器）、能源转化等诸多领域的巨大潜力，吸引着无数科研人员的目光。然而，想要充分发挥碳材料的性能优势，给它引入氧含基团是关键。可传统的碳材料功能化方法却问题重重，大多数方法不仅流程复杂，还得使用有毒试剂。就好比用磺化硝酸盐混合物处理碳材料来提高 O/C 比，虽然能达到目的，但强酸条件严重违背了环保理念。还有用 H₂O₂/H₂SO₄混合液氧化炭黑，能把 O/C 比提升到 0.6，促进酯交换反应催化，可这方法对环境不友好。等离子体处理看似温和又避免了有害化学品，却需要高端设备和大量电力输入，难以推广应用。传统化学合成法依赖溶剂，不仅降低反应物浓度，还得在苛刻条件下才能实现较高程度的功能化。

面对这些困境，福建农林大学的研究人员决心开辟新的道路。他们开展了一项关于利用绿色球磨法处理木质沥青制备高性能超级电容器电极材料的研究。最终研究发现，通过绿色、无溶剂的球磨法，能有效控制木质沥青的氧化程度，经过 9 小时球磨处理得到的碳材料，在 1A/g 电流密度下展现出 297F/g 的比电容。这一成果意义非凡，为超级电容器电极材料的发展提供了新的方向，也为碳材料的绿色制备和高效应用奠定了基础。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》杂志上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是采用球磨技术，通过机械力对木质沥青进行氧化改性；二是利用元素分析和热重分析，探究木质沥青的成分和性质变化；三是借助傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线光电子能谱（XPS）、X 射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）等表征技术，系统分析木质沥青表面官能团发展以及碳材料的微观结构和孔隙特征。

研究结果主要分为以下几部分：

• 材料与分析：木质沥青来自建瓯恒顺炭业有限公司，其碳含量在 60% - 80% 之间，本次研究的木质沥青含碳 69.88%、氧 21.94%、氢 6.09%、氮 1.50%。随着球磨时间增加，木质沥青的氧化程度也在上升。
• 氧化程度与球磨时间的关系：氧化程度与球磨时间呈正相关，球磨 11 小时时，O/C 原子比达到 0.4。球磨过程不仅减小了颗粒尺寸，还让含氧基团更多地暴露出来，提高了反应活性。
• 电化学性能：延长球磨时间，木质沥青中含氧官能团数量增加，提升了多孔碳材料的电化学性能。球磨 9 小时后得到的碳材料，在 1A/g 电流密度下比电容为 297F/g 。

研究结论表明，该研究提出的绿色可持续的干球磨法，能制备出氧化木质沥青，作为高性能超级电容器电极材料的前驱体。球磨过程中，机械能使木质沥青的化学键断裂和重组，引入新的含氧官能团实现氧化功能化，同时减小颗粒尺寸、增强含氧基团暴露。这一研究成果为制备高性能、环境友好的碳基材料提供了新途径，有望推动超级电容器等能源存储领域的发展，在未来的实际应用中具有广阔的前景，也为后续相关研究提供了重要的参考和借鉴。