Biomimetic Biomass-Bsed Carbon Fibers: Effect of Covalent-Bnd Connection on Performance of Derived Carbon Fibers

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作者
Zhong Dai,Qiping Cao,Huan Liu,Xiaojuan Shi,Xing Wang,Haiming Li,Ying Han,Yao Li,Jinghui Zhou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:7 (19): 16084-16093 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b02831
摘要

The morphological collapse of pure biomass-based carbon fibers is the main challenge restricting its development. Inspiration comes from nature that cellulose and lignin in natural trees are linked by covalent-bonds, leading to good extensibility and stability of wood. In this work, an effective strategy is presented to connect lignin and cellulose-acetate by covalent-bond to obtain a novel carbon fiber precursor material. Isophorone diisocyanate was used as a chemical modifier to successfully connect lignin and cellulose-acetate through a covalent-bond, which is formed by the urethane reaction of isocyanate group and hydroxyl group. With the introduction of covalent-bond connection, the precursor fibers exhibit a large molecular weight, uniform molecular weight distribution, excellent thermal stability, and good spinnability. After thermo-stabilization and carbonization, the pure biomass-based carbon fibers are successfully prepared. The results of SEM, BET, tensile test, and electrochemical properties test indicate that the covalent-bond connection effectively maintains morphology of fiber, which plays a key role for increasing the strength and the energy storage capacity of carbon fibers. The pure-biomass-based carbon fibers show promise for the production of high-quality, green, and cost reduced carbon fibers.
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