浙大：玉米芯为原料制备FeN共掺杂多孔碳材料，用于超级电容器

成果简介

玉米芯作为一种可持续的生物质废弃料，主要由半纤维素组成。 本文，浙江大学盛奎川教授团队在《Energy Fuels》期刊 发表名为“Synthesis of Fe/N Co-doped Porous Carbon Spheres Derived from Corncob for Supercapacitors with High Performances”的论文， 研究以天然玉米芯为基材，通过连续的FeCl3介导的水热反应和温和的KHCO3活化路线Fe/N共掺杂多孔碳球体，用于超级电容器电极材料。

由于半纤维素的低水解温度和Fe 3+ 的水解促进作用，玉米芯衍生的氢化炭呈现出特殊的碳球形态。有趣的是，该碳在三聚氰胺介导的 KHCO 3活化后，球体形态得以完好保存。由于离子扩散距离短、独特的堆积结构和发达的微介孔结构碳球体，优化的 CCAC-Fe-M-50% 表现出优异的离子转移动力学和倍率性能（87% 高达 20 A g –1）。同时，在三电极装置中对CCAC-Fe-M-50%的电化学研究表明高电容（1 a g-1时为338 F g-1）。在双电极设置中，CCAC-Fe-M-50%||CCAC-Fe-M-50% 装置显示出最高的循环性（5000 次循环后保持率为 102.7%）和极低的R ct (0.59 Ω) 和Rs (4.54 Ω)。

这些优异的性能归因于大S BET (2305.7 m 2 g –1 )、多种氧化还原可能性 (Fe 3+、Fe2+和 N官能团），以及碳具有微介孔结构的球体形态，分别增强了离子物理吸附、赝电容和电解质/离子扩散。此外，所制造的CCAC-Fe系M-50％在中性电解质|| CCAC-Fe系M-50％设备表现出了极好的能量密度（Ëd 18.60 Wh kg-1）在功率密度（Pd） 455 W kg –1。目前提出的具有优异结果的策略可用于超级电容器和其他高 科技 应用的生物质基超性能电极材料的新开发。

图文导读

方案 1. 玉米芯Fe/N Co掺杂 PCSs的合成方案,用于超级电容器应用

图 1. (a) CCHC-Fe、(b) CCPC-Fe、(c) CCAC-Fe、(d) CCAC-Fe-M-25% 和 (e) CCAC-Fe-M-50 的 SEM 图像CCAC-Fe-M-50% 在 (f) 5900 、(g) 25 000 和 (h) 390 000 不同放大倍数下的 % 和 TEM 图像。

方案 2. (a) PCSs 的空间高效填充结构和 (b) 层堆叠多孔 碳结构的方案

图2. (a) PCSs 的 XRD 和 (b) 拉曼图谱，(c) CCAC-Fe-M-50% N 1s 的 XPS 光谱，以及 (d) CCAC-Fe-M 的 Fe 2p 的 XPS 光谱-50%。

图3. 6 M KOH 中的三电极设置

图4. 1M Na2SO4中的两电极设置

文献 :

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c01922

农村的玉米芯如今有人高价收购，玉米芯能用来干嘛？

玉米芯的用处很多，可以做麦芽糖，还可以给宠物做垫子，有的清洁粉也是用它做出来的，甚至可以用来做活性炭。玉米芯是玉米脱粒后留下的棍子，这东西基本上是用来烧火的，现在不一样了，玉米芯的使用量很大，价格也高了。

玉米核可以加工成植物炭，植物炭是木炭的替代品。这种产品有太多的优点。与普通木炭相比，它具有所有的优点。这种碳在燃烧过程中，不会产生烟尘，它很干净。它燃烧得非常充分，燃烧后不会留下任何废渣。效果很好。而且燃烧时间长，很受人们欢迎。关键是这种碳非常环保，不会消耗任何森林资源。玉米核也可以用来制造麦芽糖，玉米核是制造麦芽糖的原料。

玉米芯还可生产木糖醇、低聚木糖、食品级木糖等，可作为一些特殊食品的甜味添加剂。据说，50公斤的玉米核可以生产25公斤的麦芽糖，是非常有营养的，许多人喜欢吃。玉米芯可以用作清洁粉，玉米研磨后，可制成清洁粉，用于清洗机器，可去除机器的油污，效果非常好，酿造葡萄酒，批量生产，是一个很好的致富项目。玉米核可用于制造活性炭，玉米滤芯具有良好的吸附性能，可很好地用于废气处理、气体净化、工业和生活用水净化、溶剂回收等。

玉米芯也广泛应用于工业领域，玉米芯可以做成柠檬酸、膳食纤维等，据有关从业人员介绍，6到8吨的玉米芯可生产1吨以上柠檬酸，利润很高，市场很平稳，这也是一个有利可图的项目。玉米芯可以做成宠物垫，我们买的大部分填充物都是玉米芯，它是国际市场上先进的材料。而且玉米芯可用作饲料原料，用粉碎机将其粉碎成粉末，制成动物口粮，可以大大节省动物的饲养成本。

今天，我去镇上买了一些种子。回家后遇到邻村的一个菜农，他正在种早春土豆。土豆种植是一种很常见的耕作方式，但是我今天遇到的菜农种植土豆的方式不一样，他使用的土豆种植技术也比较特殊；因为我发现他种土豆种子的时候，要在土豆种子的每个孔周围放一个玉米芯；我相信大部分人和我一样，都没见过种了玉米芯的土豆？

玉米芯在土豆种植中的用途和作用我不太了解。为了找出这些问题，我特意下了车，去了老菜农的菜园，求老菜农帮我解惑。

菜农种土豆的时候，每个洞里放一根玉米芯？目的是什么？作用是什么

种土豆的老农是个热心的大叔。看到有人上门求教，他很高兴地给我讲解种植土豆时放置玉米芯的意图和作用，毫无保留地教我种植土豆和放置玉米芯的技术要点。并教我土豆种植和放置玉米芯的操作流程；老菜农告诉我：“种土豆的时候，用一根玉米芯来吸水保水，可以给土豆种子提供一个适合生根发芽的水分环境，有利于提高土豆种子的发芽率和出苗率。”。

听了老菜农的讲解和解释，非常赞同老菜农的观点，认可老菜农采用的民间技术；在老菜农的细心讲解和耐心指导下，我很快掌握了土豆种植中放置玉米芯的技术要领；回家后，经过自己的领悟和总结，通过文字和大家分享这项技术，希望能和大家分享。

玉米芯的传统处理

玉米芯是玉米果实的穗轴，是玉米生产的副产品。因为含有粗纤维，食用价值不高；一般情况下，农村生产的玉米芯，像玉米秸秆一样，多用作做饭的木柴，少数用作制作畜禽饲料的原料；在高科技工业中，玉米芯还用于造纸和生物制糖，并作为包装材料的填料；在农业生产和再利用方面，玉米芯可以作为菌类作物的栽培基料，也有农民看到过玉米芯作为堆肥的基料；可见玉米芯的农业利用率不高。

除了少数高端制造业，农村剩下的玉米芯大部分都被当作木柴或堆肥浪费掉了，这很可惜；那么，提高玉米芯在农业生产中的利用率有哪些途径呢？如何把很多玉米芯变成有价值的东西？

玉米芯的营养成分及利用价值

要想提高玉米芯的农业生产利用率，就把玉米芯变成宝；首先要搞清楚玉米芯有哪些有益的营养成分。玉米芯有哪些可用价值？一些研究结果表明，玉米芯具有结构均匀、硬度适中、韧性高、吸水性强、腐败性强等优点；根据相关数据，玉米芯中糖原含量最高为54.4%，粗蛋白含量约为2.2%，粗纤维脂肪含量约为30.1%，矿物质含量约为1.2%。矿物元素主要是磷和钾。

可见，玉米芯具有一定的物理特性和营养特性。如果只考虑农业生产的再利用，玉米芯的某些理化特性和营养价值可以投入到农业生产过程中；例如，粉碎后，与其他粪堆堆肥，燃烧后留下的绿灰，粉碎为细菌培养基料，制成饲料喂养畜禽消化粪便；比如我们说种土豆，大葱，生姜的时候放玉米芯。

种土豆，放玉米芯

种植马铃薯和放置玉米芯的栽培技术是农村一些老年农民在长期的农业生产实践中，通过自己的聪明才智和个人实践发明的马铃薯栽培妙招；虽然这项技术没有得到官方权威的推广和普及，但并不意味着这项技术缺乏理论依据和事实依据；虽然目前社会上对在马铃薯种植中放置玉米芯的育肥效果有争议，但掌握这一技术的种植者更相信玉米芯能促进品质和幼苗的生长；因此，一些农村菜农在马铃薯种植期间仍然坚持使用玉米芯来促进和保护幼苗。

用玉米芯种植马铃薯的目的和作用

那么，种土豆放玉米芯的目的和作用是什么呢？按照老菜农的说法：“玉米芯之所以在种植土豆的时候放置，主要是因为玉米芯具有吸水保湿的物理特性，可以为土豆种子提供蓄水载体；在马铃薯萌发和出苗过程中，玉米芯吸收的水分可以长期持续为马铃薯萌发提供水分；特别是早春，土豆覆膜时，不方便在春季旱季直接给土豆种子加水。

如果在种土豆种子的时候每个孔里放一根玉米芯，可以有效避免土豆春季生长时土壤干燥缺水，无法补水的问题；同时在种子周围放置玉米芯，可以阻挡地下水向上蒸发，创造一个适合马铃薯苗期生根、发芽、安全生长的良性土壤水分环境。

老菜农指出：“玉米芯也是易腐的，特别是吸水后，会加速玉米芯的分解过程；种土豆的时候配置玉米芯。经过一段时间的自然腐烂，玉米芯会分解成马铃薯生长所需的有机物；玉米芯的肥料虽少，但玉米芯分解的磷、钾仍能给马铃薯的生长和增产带来一定的帮助；因此，用玉米芯种植马铃薯也能为马铃薯产量的增加做出适当的贡献；同时，玉米芯在腐烂过程中可以适度改变土壤性质，为马铃薯扩张创造宽松的土壤环境，为马铃薯扩张和马铃薯品质改良带来效益。

一种种植土豆和放置玉米芯的方法

根据老菜农传授的土豆种植时放置玉米芯的经验，种植土豆时，在每个孔中放置一颗土豆种子后，在种子分开3-5厘米的平面上，根据每个玉米芯的长度重新开沟，将玉米芯放置在与土豆播种相同的水平面上，然后倒入足够的水，使玉米芯充分吸收水分，

然后覆盖土壤进行掩埋；由于玉米芯中是否含有土传病菌或虫卵尚不确定，为防止玉米芯给马铃薯生长带来病虫害，建议用50%多菌灵500倍液灌溉玉米芯；如果播种时土壤潮湿，不需要用水播种，可以提前将玉米芯放入水池中，加入50%多菌灵500倍液浸泡消毒24小时，使玉米芯充分吸水后再按上述步骤播种；如果采用沟播，根据马铃薯品种不同，建议沟深7-10厘米，沟底平面宽度10厘米。

一颗土豆种子可以放在犁沟一侧的平面上，然后玉米芯可以放在5厘米的距离处，可以浇水，用土埋起来。注意玉米芯不要放在土豆种子旁边，也不要放在土豆种子下面；因为玉米芯是易腐物质，在分解过程中会释放出少量的衰变热和氨。直接放在种子下面或者靠近种子的地方，会烧到根和苗。

总结

播种马铃薯和放置玉米芯是马铃薯栽培的一种巧妙方法，在技术层面上有一定的理论基础，由于玉米芯具有吸水保湿的特性，可以放置在作物种子周围，为种子创造一个蓄水载体，创造一个适合种子生根发芽的良性土壤水分环境，促进马铃薯种子产生壮苗；

此外，马铃薯播种时放置玉米芯也有增产的理论可能性。但马铃薯增产与品种、气候、水肥、管理技术等因素密切相关；玉米芯的肥力很小，玉米芯产量的增加只体现在理论水平上；因此，我们总结了在马铃薯播种中放置玉米芯的技术优势，因为它更适合和更准确地促进均匀播种和保持壮苗。

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