近日，学院林学专业2019级本科生田晓龙以第一作者身份在Industrial Crops and Products上发表题为“Structural changes and electrochemical properties of mesoporous activated carbon derived from Eucommia ulmoides wood tar by KOH activation for supercapacitor applications”的研究论文，揭示了杜仲热解木焦油在高温活化下炭材料介孔结构定向调控机制。朱铭强研究员为论文通讯作者。

图1 介孔炭工艺流程

杜仲（ Eucommia ulmoides  Oliver）为单科单属单种的资源植物，《全国杜仲产业发展规划（2016-2030）》到2030年杜仲叶林栽培面积预计推广至275万亩。杜仲叶林栽培可生产丰富的生物质资源（每年约3吨/亩），尤其是杜仲叶林木材组织致密、来源广、生物量大（每年约1.5吨/亩）。杜仲木材热解过程中会产生木炭、木燃气和木焦油，木焦油是一种棕黑色粘稠油状液体，具有特殊的烟熏味，其组成和理化性质复杂多变，热值低，大规模工业利用中存在障碍。本研究使用KOH作活化剂，分别采用一步活化法和两步活化法合成介孔炭（图1）。探究了木焦油在不同温度和物料比等条件下，炭产物孔隙结构的差异性。

图2 介孔炭的N₂脱吸附曲线（a-b）和孔径分布（c-d）

研究表明，在试验温度及物料比梯度范围内，炭产物的比表面积（SSA）分别呈现单峰型格局，即SSA随温度或物料比的升高表现出先升高后降低的现象。在活化温度为800 ℃、物料比5:1的制备条件下，炭产物的SSA达到峰值，为3354.8 m²/g，且具备优异的孔隙结构（图2）。

图3 介孔炭材料在不同电流密度下的GCD曲线

由介孔炭材料制成的工作电极，在三电极系统中进行恒流充放电试验。当电流密度为0.2 A /g时，介孔活性炭具有明显的双层电容行为，最大比电容为510.54 F/g（图3），且拥有良好的电化学稳定性。综上所述，本研究对生物基木焦油合成高性能介孔炭具有指导意义，拓展了农林废弃物高价值转化的有效途径。

该研究得到了国家林业和草原科技创新青年拔尖人才项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划以及陕西省农业科技创新驱动项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.116628