一、        研究背景

碳点由于具有较高的比表面积、良好的分散性、丰富的表面官能团和缺陷、低生物毒性和光致发光等特性，在生物成像、药物输运、电发光器件、离子检测、催化、储能等领域展现出良好的应用前景。但目前碳点的制备方法受到成本、安全性、环境保护等因素制约，难以实现规模化生产，严重制约了碳点的实用化进程。

电化学氧化法是一种高效制备碳点的生产方法，借助电化学产生的羟基自由基和氧自由基，可打断碳基材料内部的C―C 键，能将较大碳前驱体“裁剪”为小尺寸的碳点。与传统的化学液相氧化法相比，电化学法减少甚至避免了强酸、强氧化剂的使用，具有安全可控、对环境污染小、反应速度快等优点。但制备适于电化学氧化的碳基电极材料比较复杂，这也是制约电化法制备碳点的关键因素。

玉米是一种广泛种植的高产粮食作物。以2021年为例，我国的玉米种植面积为4332万公顷，产量高达27255万吨，在为人畜提供所需粮食、饲料的同时，也产了大量玉米芯资源。玉米芯的主要成分为木质素、纤维素和半纤维素，炭化可得导电的电极材料。由于玉米芯在玉米生长过程承担向籽粒输运水分和营养的重任，因此，玉米芯具有丰富的天然输运孔道。

二、        工作简介

研究发现，玉米芯具有发达孔隙结构，其内部充满定向的贯通型三维微纳米孔道网络，从内向外存在明显的三层结构：海绵结构、鞘层结构及片层结构。基于这一特殊的天然结构特征，炭化玉米芯作为电极材料，毛细效应作用下整体将被电解液充满，氧化过程同时发生于玉米芯的内外表面，从而获得高效的电化学氧化反应和碳点制备效率。本工作将玉米芯炭化，直接作为电化学制备碳点的阳极，省略了电极成型等复杂加工过程，采用碱性电解质，实现了碳点的高效制备，1 A 恒电流下，每克电极材料制备碳点速率达到了79.83 mg h⁻¹。发现炭化玉米芯不同结构氧化的速度和程度存在较大差异，鞘层氧化速度较慢，避免了氧化过程电极结构的坍塌，是维持电极导电性的主要导电网络；将碳点与氧化石墨烯(GO)水热处理得到复合气凝胶CDs/rGO 材料，用于钠离子电池，在1 A g⁻¹ 下循环1000圈仍保持263.3 mAh g⁻¹的容量。

三、        核心图文解析

图 1 (a) 玉米芯截面；(b-d) 炭化玉米芯各部分刻蚀前的SEM 照片：(b) 中心；(c) 鞘；(d) 外层薄片；(e) 炭化玉米芯刻蚀后轴向剖面；(f-h) 玉米芯各部分刻蚀前的SEM 照片：(f) 中心；(g) 鞘；(h) 外层薄片

图 2 (a) 制备得到的CDs 粉末数码照片；(b) 大批量制备的CDs 水分散液；(c-d) CDs 的TEM 照片；(e) 炭化玉米芯尾端(10%) 浸在电解液中液体上移的红外照片

图 3 (a) CDs/rGO-4-H 的CV 曲线；(b) CDs/rGO-4-H 的充放电曲线；(c) 不同CDs 与rGO 复合比例材料的倍率性能图；(d) 不同CDs 与rGO 复合比例材料的交流阻抗图；(e) CDs/rGO-4-H 在1 A g⁻¹ 下循环性能图

四、结 论

  以来源丰富的农产品副产物玉米芯为原料，经炭化和电化学氧化，可以实现碳点的高效和可控制备。将制备的生物质基碳点与GO 复合，得到了碳量子点与石墨烯的复合气凝胶，研究发现复合气凝胶具有良好的储钠性能。采用生物质为前驱体，简单高效规模化制备碳点，为碳点的大规模绿色制备和应用提供了新的途径和思路。

五、New Carbon Materials 文章信息

李瑞林, 赵宗彬, 冷昌宇, 李勇, 艾李申, 孙洋, 王旭珍, 邱介山. 玉米芯基碳点电化学法制备及其储钠性能. 新型炭材料（中英文）, 2023, 38(2): 347-355.

LI Rui-lin, ZHAO Zong-bin, LENG Chang-yu, LI Yong, AI Li-shen, SUN Yang, WANG Xu-zhen, QIU Jie-shan. Preparation of carbon dots from carbonized corncobs by electrochemical oxidation and their application in Na-batteries. New Carbon Mater., 2023, 38(2): 347-355.

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国际版主页：

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