一种基于木材细胞壁仿生修饰制备木材基电催化材料的方法

发布时间: 2023-10-07

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术转让

成果类型：发明专利

行业领域：

生物与新医药技术

成果介绍

木材是可再生、绿色低碳的一类天然材料，在践行双碳战略、可持续发展方面独具优势。同时木材由于在生长过程中必要地传输营养物质和水，天然产生了独特的三维孔道结构，独有的孔道结构促进了反应过程中电子的转移、物质的传递并且提供了丰富的比表面积。且天然木材具有丰富的羟基、羧基等官能团，易于金属发生反应，提供丰富的反应活性位点，是具有独特优势的绿色能源材料。同时，由于能量密度高和储量丰富，氢能被认为是最有希望的可再生能源之一。电催化分解水是将间歇性能源转化为可储存的氢能的一种具有前景的途径之一。在已报道的催化剂中，贵金属(如铂/碳、二氧化钌、氧化铱等)表现出优异的析氧(OER)和析氢(HER)活性。然而，上述这些催化剂生产成本高、储量低、稳定性差，对电解水反应的稳定性有极高要求，严重限制了其实际应用。

成果亮点

1、本发明制备方法充分利用了木材的细胞壁化学成分、多巴胺的特点，简便、巧妙地将木材以及过渡金属结合。制备过程简单，成本低廉、原料易得和能耗低等优势，并且可以大规模生产。 2、本发明制备方法得到的木质基电催化剂，由于氯化铵热解产生大量气体，可以对木材原有的细胞壁结果进行改性，从而在原有的三维孔道结构中产生更多地孔道，达到提高活性的要求。测试结果表示，本发明的电催化剂OER和HER电催化性能和稳定性良好。在高碱(***的KOH溶液)及10mA/cm2电流密度下，过电位分别仅为297mV和154mV。 3、本发明的电解水制氢催化剂具有高耐久性和高活性，在高碱(***的KOH溶液)下，70h全解水过程中性能几乎没有下降，具有优异的电催化性能。

团队介绍

东北林业大学是一所以林科为优势、林业工程为特色的多学科协调发展的高等学校，地处我国最大国有林区的中心——哈尔滨市，东经***°，北纬***°，海拔141米，校园占地136公顷，并拥有帽儿山实验林场（帽儿山森林公园）和凉水实验林场（凉水国家级自然保护区）等教学、科研、实习基地，总面积达***万公顷。

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”黑龙江科技服务团 (黑龙江省科学技术协会) 评价时间：2023-10-17

郭平

黑龙江省创新创业促进会

会长

综合评价

将本实施例制备的木材基电催化材料进行裁切，使用高分辨扫描电镜进行形貌观察。图1为实施例一制备的木材基电催化材料的扫描电镜图；由图可知，氯化铵可以有效改性木材的细胞壁，创造出更多的孔道。将本实施例制备的木材基电催化材料直接作为工作电极，浸泡在1.0mol/L的KOH溶液中，分别进行OER和HER的线性扫描伏安法测试，表征其催化活性；图2为浓度为1.0mol/L的KOH溶液下，实施例一制备的木材基电催化材料OER的LSV图；图3为浓度为1.0mol/L的KOH溶液下，实施例一制备的木材基电催化材料HER的LSV图；由图可知，在10mA/cm2电流密度下，木质基电催化剂的过电位分别为297mV和154mV，表现出优异的电催化活性。

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