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浒苔变身新型多孔碳储能材料
注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析
浒苔是绿潮爆发的主要元凶，浒苔的泛滥成灾已经严重危害到了沿海城市渔业、旅游业的发展，如何有效利用浒苔资源，已成为改善生态环境、提高海藻综合利用率的重要课题。近日，青岛大学环境科学与工程学院杨东江教授（点击查看介绍）团队与北京大学郭少军教授（点击查看介绍）合作，通过将浒苔进行高温碳化活化处理，制备了一种富含多级孔结构的储能活性碳材料。
浒苔属绿藻纲，石莼科藻类植物，由单层细胞组成，广泛分布于全世界各海洋中。正常情况下与菌类一起共同保持着自然水体中的有机物与无机盐、水质的清洁与污浊、上下游食物链等海洋生态平衡。浒苔本身无毒，但是由于人类社会污水的肆意排放、海水养殖业使用饲料无度以及全球变暖、海水升温等因素导致浒苔大规模爆发，在世界范围内引发多次绿潮灾害。大量繁殖的浒苔遮蔽阳光直接影响海底藻类的生长；同时死亡的浒苔会消耗海水中的氧气，影响到其他海洋生物的生存；浒苔在海边集聚严重影响景观；随水温升高，浒苔便开始腐烂，散发臭味，干扰旅游观光。据了解，仅青岛市每年打捞浒苔就近百万吨之多。如何在短时间内消耗大量的浒苔，将浒苔变废为宝是拯救海洋生态环境的一个重大课题。
青岛大学环境科学与工程学院杨东江教授团队在浒苔的新应用这一课题上提出了新思路、新方法，以海洋污染物“浒苔”为原材料，充分利用浒苔的细胞结构，通过引入气凝胶的制备流程、改善碳化、活化的制备工艺，成功制备了具有高比表面积，富含微孔、介孔、大孔三种孔结构的活性碳材料。此新型活性炭材料不仅在双电层超级电容器中显示了卓越的性能，在锂离子电池负极中也有不俗的表现，不仅具有超高的比容量，而且也具备很好的循环寿命。于此同时，还可做为基底与其他金属氧化物复合，制备性能更高的储能材料。该研究不仅为解决浒苔的污染问题提供了一种方法，并且对多孔碳储能材料的开发与应用找到了更为绿色环保的路径。
该材料的卓越性能不仅体现在简单的实验测试，在组成有软包器件后，仍然体现其良好的超级电容器性能。该软包器件可塑性高，可广泛应用于可穿戴器件的储能装备。
该研究成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上，文章的第一作者是青岛大学的硕士研究生崔金峰。
该论文作者为：Jinfeng Cui, Yunlong Xi, Shuai Chen, Daohao Li, Xilin She, Jin Sun, Wei Han, Dongjiang Yang Shaojun Guo
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Prolifera-Green-Tide as Sustainable Source for Carbonaceous Aerogels with Hierarchical Pore to Achieve Multiple Energy Storage
Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8487-8495, DOI: 10.1002/adfm.201603933
杨东江教授简介
杨东江，青岛大学环境科学与工程学院特聘教授。2006年7月毕业于中科院山西煤炭化学研究所并获得物理化学博士学位。2006年8月赴澳大利亚昆士兰科技大学（Queensland Universityof Technology）和格里菲斯大学（Griffith University）从事博士后研究。现主要从事海藻基新能源储存与转换材料的合成研究。已在化学和材料学的顶级期刊上（如Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater.等）发表SCI论文90多篇。
http://www.x-mol.com/university/faculty/35079
http://www.escience.cn/people/ydjgroup/40692.html
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：近年来能源问题与环境问题一直备受关注，环境的恶化，能源的枯竭，对能源新材料提出了更高的要求。开发和制造低成本、环保的储能材料对能源的开发与利用以及环境保护等方面具有深远的影响。利用生物质材料制备高效储能材料是近几年的研究热点之一，而近几年青岛大规模爆发的浒苔污染引起了我们的高度重视。一方面，浒苔本身的结构特殊，可以提供很好的孔结构；另一方面，浒苔产量巨大，原材料来源广，价格低，对废物利用、改善环境也很有意义。
Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：本项研究中最大的挑战是如何控制浒苔的碳化活化过程，找到最优的碳化活化工艺，从而获得比表面积大，孔隙发达的浒苔多孔碳材料。在这个过程中，我们团队在碳化工艺方面积攒了丰富的经验，在此基础上，摸索出合理的活化工艺是比价困难的。
此外，我们希望所做材料能够应用于实践，在软包超级电容器的组装这方面我们也存在基本工艺的不成熟。在此，还得感谢本文的共同第一作者，吉林大学的席云龙博士在这方面的帮助与支持。未来希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：本研究成果最主要的应用就是浒苔的废物利用了。如果将每年的浒苔绿潮全部转化为高比表面积多孔碳，将带来很客观的经济效益。而且本研究，关于气凝胶工艺以及碳化活化工艺的探索，对制造活性碳材料的企业可能会有帮助。高比表面积多孔碳材料作为一种商用的储能材料市场需求量大，产品相对稳定，是储能材料中很难取代的材料。碳材料的研究与发展仍然任重而道远，我们相信这项研究成果为相关碳材料的设计与制备提供了一种绿色环保可持续的方法，将对相关领域的发展产生推动作用。