Polydopamine Doping and Pyrolysis of Cellulose Nanofiber Paper for Fabrication of Three-Dimensional Nanocarbon with Improved Yield and Capacitive Performances

材料科学 热解 纤维素 超级电容器 纳米纤维 多孔性 化学工程 制作 比表面积 复合材料 电容 电极 有机化学 化学 医学 工程类 病理 物理化学 催化作用 替代医学
作者
Luting Zhu,Kojiro Uetani,Masaya Nogi,Hirotaka Koga
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (12): 3249-3249 被引量:6
标识
DOI:10.3390/nano11123249
摘要

Biomass-derived three-dimensional (3D) porous nanocarbons have attracted much attention due to their high surface area, permeability, electrical conductivity, and renewability, which are beneficial for various electronic applications, including energy storage. Cellulose, the most abundant and renewable carbohydrate polymer on earth, is a promising precursor to fabricate 3D porous nanocarbons by pyrolysis. However, the pyrolysis of cellulosic materials inevitably causes drastic carbon loss and volume shrinkage. Thus, polydopamine doping prior to the pyrolysis of cellulose nanofiber paper is proposed to fabricate the 3D porous nanocarbons with improved yield and volume retention. Our results show that a small amount of polydopamine (4.3 wt%) improves carbon yield and volume retention after pyrolysis at 700 °C from 16.8 to 26.4% and 15.0 to 19.6%, respectively. The pyrolyzed polydopamine-doped cellulose nanofiber paper has a larger specific surface area and electrical conductivity than cellulose nanofiber paper that without polydopamine. Owing to these features, it also affords a good specific capacitance up to 200 F g-1 as a supercapacitor electrode, which is higher than the recently reported cellulose-derived nanocarbons. This method provides a pathway for the effective fabrication of high-performance cellulose-derived 3D porous nanocarbons.

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