废弃生物质——柚子皮与Ni2+结合制备多功能材料设计的新思路

研究背景

近年来，生物质由于具有成本低、可循环利用、无毒等优点，被认为是制备各种功能材料的理想材料之一。然而，大量来自农业、造纸、林业、家具等方面的生物质废弃物没有得到充分利用，有的甚至被焚烧产生温室气体CO2，从而造成环境污染。因此，充分利用这些废弃生物质资源制备多功能材料，对环境保护和实现碳中和具有重要意义。

图文导读

近日，西北师范大学化学化工学院苏碧桃教授与兰州理工大学材料科学与工程学院钟明副教授在Journalof Environmental Chemical Engineering (Construction of nickelnanoparticles embedded in nitrogen self-doped graphene-like carbon derived fromwaste grapefruit peel for multifunctional OER, HER, and magnetism investigations;DOI:10.1016/j.jece.2021.106894)发表文章，以环境保护，绿色制备为出发点，将废弃生物质—柚子皮为生物质衍生碳源，利用简单的浸渍-碳化策略，改变碳化温度和Ni的用量，构建了一系列Ni@NGC纳米复合材料，并对所得材料的电催化性能和磁性能进行表征测试。

图1：多功能材料的简单制备

作者通过测试发现：(1) 在碳化温度为700℃，镍的引入量为20%时，所得纳米复合材料具有最佳OER(350 mV@20 mA cm-2)和HER(165mV@10 mA cm-2)性能；(2) 当碳化温度为750℃，镍的引入量为20%时，材料的饱和磁化强度可达47 emu g-1，矫顽力为83 Oe。

图2：不同碳化温度和不同Ni引入量OER性能测试

图3：不同碳化温度和不同Ni引入量HER性能测试

图4：不同碳化温度和不同Ni引入量磁性能测试

在制备过程中，以柚子皮为生物质衍生碳源，经过碳化后所得C做还原剂，使Ni2+得到电子变成Ni，同时Ni对碳的进一步石墨化具有催化作用。由于Ni与N自掺杂的石墨化碳协同作用，使所得材料具有优良的电催化性能和磁性能。

总结

本文的工作体现出：原料选择上廉价易得，变废为宝；制备过程中简单易行，能耗较低；所得材料功能多样化，可以为双功能电催化剂和磁性材料的绿色制备提供一定的参考。