硬碳材料簡介

硬碳：是一種即使在2500℃以上也難以石墨化的碳，因其高的機(jī)械硬度而得名。硬碳的形態(tài)可以是球形的、線狀的或多孔的。硬碳前驅(qū)體一般為熱固性材料，因此在材料合成過程中其通常能夠保持前驅(qū)體的形貌。高溫碳化后硬碳中的短石墨烯片（也稱為石墨域或偽石墨）呈短程有序排列，形成2到6層不等的有限堆疊，長度可達(dá)40 Å。

幾種硬碳生物質(zhì)前驅(qū)體

1. 椰殼

椰殼為椰子的內(nèi)果皮，質(zhì)地堅(jiān)硬，一般被用于生產(chǎn)制作器皿、工藝品和活性炭。椰殼基硬碳孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，灰分含量及H/C 與 O/C 比低，是一種較理想的負(fù)極材料， 目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度較早，且性能較好。椰子的主要產(chǎn)區(qū)為斯里蘭卡、 馬來西亞、印度和菲律賓等，我國海南、臺灣等地區(qū)有少量種植，其中海南省栽種面積國內(nèi)占比超過99%。此外我國海南省相較 于菲律賓、印尼等椰子產(chǎn)區(qū)，緯度更高，日照時(shí)間及強(qiáng)度較弱，所產(chǎn)椰殼較薄，硬度偏低，并不是制造椰殼炭化料的材料，東南亞產(chǎn)椰殼一般為企業(yè)。

2.淀粉

淀粉是豐富的可再生生物材料之一，廣泛存在于多種植物中。作為一種典型的多糖，淀粉成分簡單，含碳量高，價(jià)格低廉，同時(shí)，相較于其他生物質(zhì)前驅(qū)體，淀粉表現(xiàn)出的天然球形型態(tài)使其成為制備硬碳極具競爭力的前驅(qū)體材料。淀粉作為工業(yè)品，國內(nèi)供給充足，純度較高。淀粉是有機(jī)高分子碳水化合物，純度較高。有機(jī)高分子化合物作為硬碳碳源時(shí)， 可以結(jié)合特定的合成方法得到具有特殊形貌的硬碳材料，合成工藝往往較為復(fù)雜， 但能夠避免雜質(zhì)，保障結(jié)構(gòu)的一致性。

3. 毛竹

毛竹是禾木科剛竹屬植物，竿型粗大，生長快，經(jīng) 5-8 年生長材質(zhì)即可穩(wěn)定，是竹類中經(jīng)濟(jì)價(jià)值的竹種，廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)、造紙業(yè)及其他領(lǐng)域。   我國竹林資源豐富。我國是毛竹的故鄉(xiāng)且產(chǎn)量豐，第九次全國森林資源清查結(jié)果 顯示，我國竹林面積為 641.16 萬公頃，其中毛竹林占比 72.96%。毛竹在我國主要分布于秦嶺漢水流域和長江流域以南地區(qū)。

4. 秸稈

秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物，資源豐富。中國是農(nóng)業(yè)大國，小麥、玉米和水稻等高產(chǎn)量農(nóng)作物每年提供巨量的生物質(zhì)秸稈資源。2020 年國內(nèi)農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)量為 7.92 億噸， 其中可收集資源量達(dá)6.67 億噸。秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物，長期以來主要被應(yīng)用于取暖 能源、家畜飼料和有機(jī)肥料等方面，其中肥料化利用占比，2020 年占比 51.2%。