邱学青教授、张文礼教授， Small观点：木质纤维素生物质解构工程制备高性能钠离子电池的硬炭负极材料

第一作者：陈莹莹

通讯作者：邱雪青*，张文礼*

单位：广东工业大学

木质纤维素生物质因其地球上的丰度和成本优势是目前制备硬炭的理想前驱体。然而，木质纤维素生物质直接碳化形成硬炭的闭孔体积小、且孔径大，导致其容量低和倍率差。因此，本文提出一种低腐蚀性的马来酸水热预处理策略，有效地去除了椰壳中的半纤维素，富集了木质素和纤维素，且同步回收了液相产物木糖和糠醛。所得富含木质素和纤维素的前驱体经高温碳化后合成的硬炭的闭孔孔径减小，闭孔体积增大。硬炭表现出了高比容量及优异的倍率性能。本研究实现了木质纤维素生物质的全组分高值化利用，为高性能钠离子硬炭负极材料的制备提供了新路径。

近日，来自广东工业大学的邱学青教授和张文礼教授合作，在知名期刊Small上发表题为“Deconstruction Engineering of Lignocellulosic Biomass for the Preparation of High-performance Hard Carbon Anode Materials in Sodium-Ion Batteries”的观点文章。该观点文章提出一种低腐蚀性的马来酸水热预处理策略，有效地去除了椰壳中的半纤维素，同步回收了液相产物木糖和糠醛。所得富含木质素和纤维素的前驱体衍生硬炭的闭孔孔径减小，闭孔体积增大。硬炭表现出了高比容量及优异的倍率性能。

目前，强酸强碱等溶剂预处理生物质的方法，不仅对设备腐蚀性大，且难以满足生产工艺简便、环境友好等现代工业生产的核心要求。而低共熔溶剂（DES）预处理的操作复杂且无法回收。因此，本文提出一种低腐蚀性的马来酸水热预处理策略。该策略具有简便高效、低腐蚀性、绿色环保等优势，同时也能够选择性调控木质纤维素生物质的半纤维素组分。

马来酸水热预处理策略能够有效地去除椰壳中的半纤维素，富集其木质素和纤维素含量。该工作还测量液相产物木糖和糠醛产，方便后续的回收工作。同时，富集木质素和纤维素的滤渣衍生硬炭具有高比容量和优异的倍率性能。该策略实现了木质纤维素生物质各组分的高价值利用。

与木纤维素生物质直接碳化所得的硬炭相比，优化后的硬炭的石墨碳层间距扩大，闭孔孔径显著减小，闭孔体积增加。 增加的层间距、减小的闭孔尺寸和增加的闭孔体积提高了硬炭的比容量和倍率性能。同时，本文运用了一系列的异位/原位测试探究优化的硬炭的储钠机制，发现硬炭的储钠机制在斜坡电位区是“吸附-插层”，在平台电位区则是“闭孔填充”。

Deconstruction Engineering of Lignocellulosic Biomass for the Preparation of High-performance Hard Carbon Anode Materials in Sodium-Ion Batteries

邱学青教授简介：教授，博士生导师，现任广东工业大学校长。加拿大工程院外籍院士、国务院特殊津贴专家，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家新世纪“百千万”人才工程。兼任中国化工学会理事、精细化工专业委员会副主任，广东省科协副主席，广东省化工学会执行理事长，广东省绿色精细化学产品工程技术研究开发中心主任，第七届国务院学科评议组（化学工程与技术学科组）成员，《高校化学工程学报》《精细化工》副主编等。

邱学青教授主要从事工业木质素的资源化高效利用及新型萃取工艺方法的研究，获得国家技术发明二等奖2次（均排名第一），部省级科技一、二等奖共5次，中国专利优秀奖3次，何梁何利奖科学与技术进步奖（2024）、石化联合会科学技术奖一等奖（2024），广东省专利金奖2次。获光华工程科技奖（2018年），闵恩泽能源化工奖杰出贡献奖（2015年）。获国家教学成果一等奖1次、二等奖2次。发表SCI/EI收录论文300多篇，获授权中国发明专利62项；获得美国授权专利2项。

张文礼教授简介：博士，教授，博士生导师，广东工业大学“百人计划”特聘教授，国家海外高层次青年人才，轻工化工学院、先进制造学院教师，主要从事木质纤维素衍生碳电极材料及其工业应用（碳电极材料、绿色化工、电催化和电化学储能等）的研究，在Angewandte Chemie, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Science, Nano Energy, Energy Storage Materials, Small Methods, Electrochemical Energy Reviews, 和EnergyChem等期刊发表学术论文200余篇，其中ESI高被引论文10篇，被引用12000余次，Google Scholar h指数56。

陈莹莹：广东工业大学轻工化工学院2024级化学工程与技术专业硕士，木质纤维素高值化利用团队的组员