1. 研究目的与意义（文献综述）
随着科学技术的超速发展，人口数量增速过快，全球能源需求不断增加，石油、煤、天然气等化石燃料储备日趋减少，同时自然环境也受到了不可挽回的伤害。考虑到成本效益、可再生性和环境友好等问题，太阳能、氢能、潮汐能及生物质能等清洁能源逐渐取待化石能源应用于诸多领域。然而如何开发高性能和低成本的材料进行有效的能源转化和储存，使这些能源能够达到人们希冀的高利用率成为现代科学家广泛研究的问题。碳元素在自然界中分布广泛，丰度高，因此含碳材料由于来源丰富和良好的生物相容性成为制备能源相关材料的首要选择。近年来，功能性碳材料在电化学领域中发挥着重要的作用，常见的功能性碳材料有活性炭[1]、石墨烯[2]和碳纳米管/纤维[3-4]，其制备手段较为苛刻或能耗较高。其中2/3的活性炭为煤基活性炭，是以不可再生的煤炭为原材料，经过不同活化过程形成的多孔性材料[5]。而石墨烯和碳纳米管/纤维，则通常是由化学气相沉积法[6]或电弧放电法[7]产生，前者以气态石化产品为碳源，后者利用煤或石墨等固体碳原料作为碳源，其生产工艺涉及高温和复杂的技术流程，对环境影响也较大，导致其工业化生产和商业应用受到了极大的限制。因此开发一种可再生、制备简单的功能性碳材料迫在眉睫。众所周知，人类自古以来赖以生存的化石燃料均由远古动植物遗骸在地层中不断演化而来，即生物质是其根本来源，那么能否通过现代科技手段缩短这一演化过程，使生物质在短时间内转化为另一种可再生的碳材料？生物质是通过光合作用而形成的各种有机体，是含碳有机物的普遍存在形式，包括所有的动植物和微生物，从组成成分看来，含有糖类、脂类及蛋白质的生物质完全拥有作为碳前驱体的潜质，并且具有n、o元素的生物质在进行一系列处理后，承袭了高n、o含量并具有协同作用，使得材料在性能上比传统功能性碳材料更有优势。chen等[8]利用香菇作为碳前驱体，通过使用khco3活化的方式得到了一种表面积为1788.1m2/g、高含量n (1.3 at)的香菇衍生碳，在其n/o基团的协同作用下，在超级电容器和钠离子电池的研究中均表现出高性能。
我国地大物博，生物质资源极其丰富，除太阳能以外的清洁能源中，生物质能占比高达54.5%[9]，换而言之，作为其来源的生物质储备量极为巨大，且可再生性足以维持源源不断的供给，使得生物质碳材料在成本和来源上拥有得天独厚的优势。生物质炭是生物质在无氧或有氧条件下经过高温碳化生成的一种多孔固体颗粒物质，碳含量高、具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团，是一种多功能材料[10]。其常用的制备方法主要分为模板法、水热法和活化法，通过调整制备方式可以实现碳材料结构上的调控，从而实现优化其性能的目的。zhuo等[11]通过软模板法原理将纤维素为自模板，水解形成凝胶后经液氮冻干合成了纤维素气凝胶，后经碳化处理得到含有大量中大孔的碳气凝胶，比表面积高达871.5m2/g。chen等[12]报道了一种利用水热法处理竹笋后直接碳化的方法合成了比表面积大达972m2/g，层次连通的多孔骨架，富氮均匀(3.0at%)的多孔n掺杂炭。而zhang等[13]利用柚子皮为原料，与三聚氰胺、硝酸钴和氢氧化钾混合进行高温活化得到季铵态氮(2.5%)和吡啶态氮(1.7%)含量的多微孔碳材料。
由于生物质多孔碳具有高比表面积、制备方法多样、种类繁多、原材料丰富、孔道结构以及孔径可调等优势，在吸附[14]、催化[15]以及储能[16]等方面的应用更为广泛。2015年，hou等[17]报道了一种由天然蚕丝制得的分级多孔氮掺杂碳(hpnc)纳米片，其比表面积高达2494m2/g，基于此材料制备的锂离子负极，研究发现其可逆锂存储容量高达1865 mah/g，且以离子液体为电解质的hpnc-ns两电极超级电容器具有242f/g的电容和102 wh/kg (48wh/l)的能量密度，循环性能稳定(10000次循环后损失9%)。除超级电容器和锂离子电池外，生物质多孔碳材料还被用于其他电化学领域，如电催化及燃料电池。如： chen等[18]以天然香蒲为原料制备碳气凝胶在nh3中碳化得到掺氮碳纳米片，具有高比表面积(898m2/g)，用于氧还原反应(orr)催化剂，在碱性介质中，其催化活性与工业20%pt/c相近，但对甲醇的耐受性优于工业20% pt/c。hemalatha等[19]通过碳化脱脂水蕨得到的生物碳制备燃料电池的阳极，以预酸处理的还原糖为底物，模拟废水处理，经测试其燃料电池开路电势为382mv，基底降解率为65.6%。
2. 研究的基本内容与方案
本课题研究(设计)的基本内容：
（1）通过查阅文献，总结归纳生物质多孔碳的制备方法。
（2）阅读近几年的研究前沿文献，深入了解生物质多孔碳在电化学研究上的应用。
3. 研究计划与安排
第1—4周：查阅生物质多孔碳及其在电化学中应用的相关文献，了解生物质合成多孔碳的活化方法，完成开题报告；
第5 —14周：查阅文献，对生物质多孔碳的制备方法进行分析比较，并对其在不同电化学研究中的应用进行深入了解和总结归纳。
第15周：整理查阅文献内容，完成并修改毕业论文；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] li b，daif，xiao q，etal. activatedcarbon from biomass transfer for high-energy density lithium-ionsupercapacitors[j]. advanced energy materials, 2016, 6(18):1600802.
[2] liz, zhang l, li b, et al. convenient and large-scale synthesis of hollowgraphene-like nanocages for electrochemical supercapacitor application[j].chemical engineering journal, 2017, 313:1242-1250.
[3] zhangj, cui j, wang x, et al. recent progress in the preparation of horizontallyordered carbon nanotube assemblies from solution[j]. physica status solidi,2018, 215 (6):1700719.
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