全 文 ：书Vol．37 高 等 学 校 化 学 学 报 No．6
2016年 6月 CHEMICAL JOUＲNAL OF CHINESE UNIVEＲSITIES 1042～1049
doi:10．7503 /cjcu20160075
自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质
王 昀，贲 腾，裘式纶
(吉林大学化学学院，长春 130012)
摘要 以乌拉草为原料，采用直接碳化方法，通过热解过程中前驱体自活化(即利用自身包含的活化剂实现
分子内的化学活化)，并经过必要的除杂过程制备了多孔碳材料 UlaC-950-HF． 测试了该多孔碳的电化学性
质，并与以几种常见的生物质为原料制备的多孔碳材料及商用活性炭的电化学性质进行对比． 结果表明，乌
拉草基多孔碳材料 UlaC-950-HF的电容值为 113 F /g，经过 4000次循环后，材料的电容值仅降低了 4 F /g，显
示出用作超级电容器电极材料的潜力．
关键词 生物质碳化;乌拉草;自身活化;电化学
中图分类号 O613. 71;O646 文献标志码 A
收稿日期:2016-01-28． 网络出版日期:2016-04-30．
基金项目:国家自然科学基金(批准号:21390394，21471065，21261130584)、国家重点基础研究项目(批准号:2012CB821700)和
高等学校学科创新引智计划项目(批准号:B07016)资助．
联系人简介:贲 腾，男，博士，教授，博师生导师，主要从事有机多孔材料的制备与应用及手性高分子的制备与性能研究．
E-mail:tben@ jlu．edu．cn
活性炭的应用历史久远，公元前 2000年埃及人就曾使用焦炭来提纯药品［1］． 碳材料由于具有优良
的化学稳定性和热稳定性，并且易于加工，一直被用作催化剂的载体和吸附剂． 为了满足产业技术的
需求，活性炭被做成不同的形状，如碳纤维、碳片、碳布、碳毡、碳纳米角和碳纳米管． 传统活性炭的
孔尺寸分布范围(PSD)很宽(从微孔到介孔)． 研究结果表明，选择合适的前驱体可以更好地控制活性
炭的孔分布，从而使活性炭的应用范围拓宽到更多领域，如催化 /电催化、超级电容器和锂电池中的能
量储存、气体捕获或储存［2］． 近年来，对清洁高效能源的需求使活性炭作为电极材料和储气材料再次
引起关注［3，4］，尤其是以生物质为原料制备活性炭具有成本低、可再生、原料易获得等优点，将成为解
决化石燃料能源枯竭及环境危害的重要途径．
乌拉草(Carex meyeriana Kunth)又名靰鞡草，分布于中国(东北)、俄罗斯(西伯利亚、远东地区)、
蒙古、朝鲜、日本等国［5］． 作为单子叶植物，其平行的空心叶脉结构形成了水分和空气流通的通道，使
其具有保温和吸湿作用，近年来对乌拉草的开发集中在植物本身药用价值以及提取纤维的应用等［6］．
本文中以乌拉草［叶宽 1. 2 mm左右，中脉较粗，截面呈现三棱状(图 S1，见本文支持信息)］为原
料，采用直接碳化法实现分子内的“自活化”，即利用前驱体自身均匀分布的 K盐进行化学活化，得到
了具有较高比表面积的多孔碳材料，并测试了其电化学性质．
1 实验部分
1．1 试剂与仪器
乌拉草(Ula，产自黑龙江省伊春市);氢氟酸(优级纯，阿拉丁试剂有限公司);稻壳(江苏沭阳);
甘蔗渣(广东产果蔗);活性炭(化学纯，汕头西陇化工厂);碳酸钾(分析纯，汕头西陇化工厂)．
岛津 XＲD-6000型 X射线衍射仪(XＲD，日本 Shimadzu 公司);岛津 IＲ Affinity-1型傅里叶变换红
外光谱仪(FTIＲ，日本 Shimadzu公司);Tristar Ⅱ3020比表面和孔分析仪(美国麦克公司);JSM-6510A
型扫描电子显微镜(SEM)和 JEM-2100F 型透射电子显微镜(TEM) (日本 JEOL 公司);DHG-9070A 型
电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司) ;CHI660D 型电化学工作站(上海辰华仪器有限公
司);M411005型真空气体分配器(北京欣维尔玻璃仪器有限公司)．
1．2 实验过程
1．2．1 碳材料的制备 将乌拉草全草在去离子水中超声洗涤后，于 100 ℃干燥 12 h，剪碎成长度为
3 mm左右的小粒． 称取 2 g剪碎的小粒放置在 6 cm × 3 cm的石英反应舟中，并将石英舟置于真空管
式炉石英管的中心(接近热电偶)位置． 在 N2气保护下，样品在管式炉中以 5 ℃ /min的速度升温到所需
温度，保持 1 h后，在 N2气保护下梯度降温至室温(降温速度 5 ℃ /min)，整个过程中 N2气流速为 100
mL /min，制得的样品标记为 UlaC-t(t 为碳化温度)． 取出样品研磨，并用 20%(质量分数)HF 溶液刻
蚀，以除去样品中的硅和金属元素，刻蚀后用去离子水将得到的碳粉末洗涤至中性，抽滤，于 80 ℃烘
箱干燥，得到的碳材料记为 UlaC-t-HF．
1．2．2 电极的制备 按质量比 85 ∶ 10 ∶ 5将需要测试的样品、乙炔黑和 PTFE(质量分数 6%)溶液共同
研磨，并加入少量乙醇调成糊状． 将泡沫镍剪成 1 cm × 7 cm的条后，将电极糊均匀涂布在泡沫镍上形
成 1 cm×1 cm的小方块，在 120 ℃真空下干燥 24 h(以除去多孔材料中可能吸附的乙醇、气态水和杂
质)． 电化学测试采用三电极法，将所制备的泡沫镍电极条在 30 MPa压力下压成薄片，作为工作电极;
以铂丝电极作为惰性电极;Hg /HgO作为参比电极，测试时电极间距离 1 cm，装置图见图 S2(见本文支
持信息)．
2 结果与讨论
2．1 碳化温度对乌拉草基碳材料(UlaC)比表面积的影响
图 1为 77 K下测试的在不同碳化温度下制备的碳材料(刻蚀前)的 N2 吸附-脱附等温线． 可见，吸
Fig．1 N2 sorption isotherms of samples carbonized
at various temperatures
Temperature /℃:a． 600;b． 800;c． 950;d． 1000．
附等温线为典型的Ⅰ型等温线，在低压范围，几个
温度下等温线的趋势相同，但是更高温度下所得样
品比较低温度下所得样品的曲线呈现向上的趋势，
而低温样品的结果几乎是水平的． 当压力达到饱和
时，吸附量有一个上升． 这些结果表明，样品主体
为微孔材料，但存在狭窄的迟滞环，表明样品中存
在少量的介孔［7］． 在一定温度范围内，BET 比表面
积(SBET)随着活化温度的升高而增加，孔尺寸也逐
渐变大(表 1)，600 ℃下碳化所得样品的吸附值很
低(推测在此低温下未达到造孔要求的最低起始温
度)，800 ℃下碳化所得样品已经观察到明显的吸
附，在碳化温度为 950 ℃时所得样品比表面积达到
最大(SBET = 942 m
2 /g)，随着碳化温度进一步上升至 1000 ℃，样品的比表面积降低． 可能的原因是:
在高温活化过程中新孔的生成伴随着原有孔的破坏，在一定温度范围内升温时，造孔的速度高于孔破
坏的速度，此时 SBET随温度的上升而单调增加;当温度进一步上升，造孔和破坏的平衡被打破，微孔被
破坏的速度要高于造孔速度，温度过高和反应时间过长导致孔的塌陷，引起 SBET降低． 将测试结果最好
的 UlaC-950样品用 20% HF浸泡并搅拌，用去离子水洗涤至中性(记为 UlaC-950-HF)，刻蚀的结果使
得 SBET增加到 1476 m
2 /g． 含有硅的碳材料与比较纯的碳材料相比，对氮气的吸附能力要低，表现为孔
容的降低． 碳化过程中挥发油的气化及木质纤维素分解留下了高度的微孔结构，在刻蚀过程中样品中
少量存在的金属杂质及表面和内部相互连接作为骨架的二氧化硅被 HF 溶液去除，表面和内部被
Table 1 Pore parameters of different samples
Sample SBET /(m2·g
－1)
Total pore vol． /
(cm3·g－1)
Pore size /nm Sample SBET /(m2·g
－1)
Total pore vol． /
(cm3·g－1)
Pore size /nm
UlaC-600 14 0．006 0．6 UlaC-1000 857 0．39 1．2
UlaC-800 517 0．33 0．8 UlaC-950-HF 1476 0．61 1．1
UlaC-950 942 0．58 1．0
3401No．6 王 昀等:自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质
二氧化硅堵塞的空间被打开而暴露出来，使得吸附性能急剧增加． 根据孔尺寸分布的结果，样品 UlaC-
950-HF的孔分布以微孔为主，并含有少量的介孔，在活性炭中对吸附性能做出主要贡献的是微孔［8］，
而介孔的贡献主要表现在提供输送通道及起到毛细凝聚作用．
2．2 乌拉草的微观结构
图 2为前驱体乌拉草和制备的多孔碳材料的 SEM照片、TEM照片及元素分析图． 从图 2(A)可以
看到，乌拉草前驱体的结构规则并伴有空腔;由图 2(D)可以看出，样品中存在大量的 Si元素，Si是组
成骨架并保持机械性能的元素． 另外，前驱体中还存在相对含量较高的 K、少量的 Cl以及 O和其它金
属元素． 从图 2(B)中可以观察到，在碳化并刻蚀后，碳材料仍能保持其严整的结构，尤其是材料内部
平行排列的形状类似“犀角杯”的密集结构，使材料具有更大的内表面，对其吸附特性有很大贡献． 由
图 2(E)可见，在经过刻蚀后 Si 元素和前驱体中原本存在的金属元素被有效去除掉，所得碳材料
UlaC-950-HF中只有 C和少量 O． 从图 2(C)中可以观察到，碳材料 UlaC-950-HF 中存在少量的线束，
测得其 d(002)值为 0. 34 nm，与石墨的 d(002)值一致． 由此推测碳化过程中样品发生了部分石墨化．
Fig．2 SEM(A，B)and TEM(C)images and EDS spectra(D，E)of Ula(A，D)and UlaC-950-HF(B，C，E)
Fig．3 IＲ spectra of Ula(a)and UlaC-950-HF(b)
2．3 UlaC-950-HF的红外光谱
图 3为前驱体乌拉草和样品 UlaC-950-HF 粉末的红外测试结果． 从图 3 中可以观察到，与未经加
工的原料乌拉草相比，样品 UlaC-950-HF 中的一些特征峰消退或减弱． 图 3 谱线 a 中，3406 和
1409 cm－1处的 2个峰归属于 O—H振动;2910和 1460 cm－1附近的峰归属于 C—H 振动;1735 cm－1处
的峰归属于酯类中 C O 的伸缩振动;1600，
1507，1367，900，835 cm－1附近的带归属于芳香环;
1660 cm－1附近的带归属于共轭羟基［9～11］． 在碳化之
后这些带变宽，强度降低，与原料乌拉草相比特征
峰几乎消失，表明碳化后前驱体中的 O—H，
C—H和 C—O键都被破坏，形成了较纯的碳材料，
该结果与样品 UlaC-950-HF的 EDS分析结果一致．
2．4 UlaC-950-HF的 X射线衍射分析
图 4是样品 UlaC-950-HF的 XＲD测试结果． 尽
管从图 4 中观察到的几个峰都较弱，但在 23. 6°和
43. 6°处的 2个相对明显的峰可以分别归属于石墨
4401 高 等 学 校 化 学 学 报 Vol．37
的(002)和(100)反射面，6°左右的峰则显示碳材料中存在平均尺寸约为 1. 4 nm 的有序微孔结构，使
用 Bragg方程算得 d(002)= 0. 37 nm，与石墨的层间距接近． 这些峰相比于石墨的峰变弱且变宽，原因是
存在大量无序的碳． 根据这个结果，碳材料总体表现为部分有序的无定形碳，即样品中同时存在芳香
性的单层石墨烯片层或堆叠在一起的石墨烯层． 碳化温度会影响石墨化碳的产生． 研究发现，木质纤维
素在高温下热活化有产生石墨结构的倾向，这应与木质素骨架中的芳环结构有关［12］． 形成的过程可以
解释为:前驱体在开始时受热收缩，然后局部石墨化的单元开始生长，并生长成有序的小微晶［12］．
Fig．4 XＲD pattern of UlaC-950-HF Fig．5 Ｒaman spectrum of UlaC-950-HF
2．5 UlaC-950-HF的 Ｒaman光谱
图 5是样品 UlaC-950-HF的 Ｒaman光谱图． 图 5中显示出 2个明显的尖峰，强度中心分别在 1320
和 1600 cm－1;可以被归属于 D和 G带［13，14］． G带与二维六方晶格中的 sp2碳原子的振动相关，而 D带
归属于 sp3杂化的碳，往往来自于结构缺陷、无定形碳或边界效应引起的对称性的破坏． 样品 UlaC-950-
HF中 D带与 G 带的强度比(ID / IG)为 1. 07，这可能是由于芳香簇在加热碳化并向石墨烯型碳转换所
致． 在热处理过程中无定形碳中的 sp3杂化的碳转化成更稳定的 sp2杂化的石墨烯型碳．
2．6 UlaC-950-HF与几种生物质基碳材料的吸附性能对比
图 6为 UlaC-950-HF与几种生物质基碳材料的 N2吸附-脱附曲线． 计算结果表明，直接碳化的稻壳
Fig．6 N2 sorption isotherms of different
carbonized biomasses
a． UlaC-950-HF;b． commercial activated carbon;c． directly
carbonized rice husk; d． activated rice husk by K2CO3;
e． directly carbonized ethanol ligin．
及蔗渣中提取的乙醇木质素碳化后的碳材料的 SBET
都小于 1000 m2 /g，尤其是木质素含量高的前驱体，
这是因为表面含有的含氧基团会对吸附产生影响．
UlaC-950-HF与 K2CO3活化的稻壳基多孔碳的吸附
性能强于其它的样品，曲线中存在的迟滞环说明样
品中均存在少量的介孔，总体呈现典型的Ⅰ型曲
线，为微孔材料．
2．7 UlaC-950-HF的电化学性质
2．7．1 乌拉草基碳材料与其它生物质基碳材料的
电化学性质对比 图 7 示出了 UlaC-950-HF 样品
(样品 A)、商用活性炭(样品 B，化学活化椰壳)、
直接碳化稻壳(样品 C)、K2 CO3活化稻壳(样品
D［15］)及碳化乙醇木质素(样品 E［16］，提取自甘蔗
渣)(样品 C 和 E 与 UlaC-950-HF 采取相同的碳化
条件，样品 D在碳化后水洗至中性)的循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗曲线． 样品 A～ E 的电容值
分别为 113，90，41，85和 83 F /g． 从图 7中可以看出，所有的样品都没有出现氧化还原峰． 样品 UlaC-
950-HF的循环伏安曲线在各个扫速下都表现出比较规则的矩形，充放电曲线则具有很好的对称性，表
明其内阻很小，电荷在电极界面上的扩散方式符合双电层电容器储能的特征［17～21］． 相比于直接碳化的
稻壳和蔗渣的循环伏安曲线严重偏离矩形的情况，样品 UlaC-950-HF 作为电极材料表现出更好的大倍
率充放电性能． 样品 B，D的测试结果和样品 A接近，样品 B循环伏安曲线的矩形比较规则，样品 D曲
5401No．6 王 昀等:自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质
Fig．7 Electrochemical measurement of carbonized biomasses
(A1—E1)Cyclic voltammetry curves，scan rate /(V·s
－1):a． 0．001，b． 0．005，c． 0．01，d． 0． 02，e． 0． 05，f． 0．1;
(A2—E2)galvano-static charge-discharge curves，current density /(A· g
－1):a． 1，b． 2，c． 5，d． 10，e． 20．
(A3—E3)Nyquist plots;(A1—A3) UlaC-950-HF;(B1—B3) commercial activated carbon;(C1—C3) direct
carbonized rice husk;(D1—D3)carbonized rice husk by K2CO3;(E1—E3)directly carbonized ethanol ligin．
6401 高 等 学 校 化 学 学 报 Vol．37
线的形状相对于样品 A和 B稍差一些，由于是使用强腐蚀性的活化剂活化制备的，从工艺推广价值上
不如样品 A． 结合图 6 中样品 UlaC-950-HF 和其它几种生物质基碳材料的 N2 吸附-脱附曲线测试结果
可知，多孔材料的比表面积是影响双电层电容器电容值的一个重要因素［22］，在多孔材料中，对比表面
贡献最大的是微孔，微孔含量高有利于比表面积的提高．
2．7．2 UlaC-950-HF样品的循环稳定性测试 出于对实际应用中长效循环要求的考虑，采用循环伏安
Fig．8 Long-term cycle stability of the UlaC-950-HF
at scan rate of 0. 05 V /s
法测试了 UlaC-950-HF 样品的循环稳定性，选择扫
描速度 0. 05 V /s，循环次数为 4000次，从测试的数
据中每隔 250次循环取一个点绘制曲线(图 8)．
在第 1000次循环后，材料的比电容值只下降
了 2 F /g;在 3000次循环后，结果保持在 109 F /g;
在循环 4000 次之后，比电容值仍然可以保持在
105 F /g． 该结果表明所制备的碳材料具有较好的电
化学循环稳定性．
综合电化学测试结果和 N2 吸附测试结果，
UlaC-950-HF是比 K2CO3活化的稻壳基多孔碳更适
合应用于电容器电极的材料．
2．8 乌拉草的“自活化”过程分析
乌拉草的“自活化”过程是内源性化学活化剂辅助的化学活化过程． 根据对干燥空气中煅烧前驱体
的灰分分析，灰分中的 K元素含量高达 17. 74%． 同时由于前驱体元素分析检测出元素 Cl，推测植物中
的 K可能以 KCl和 K2O的形式存在．
以 K2O形式存在的 K元素，可以发生如下反应:
K2O + →C 2K + CO (1)
K2O + SiO →2 K2SiO3 (2)
反应(1)和反应(2)刻蚀骨架中的 C和 SiO2造孔，反应(1)生成的单质 K 在高温下达到沸点(759
℃以上)成为蒸气也参与造孔过程．
K在凝聚相中以 KCl形式存在，与生物焦基质中的羧基或酚类结合． KCl 的存在使原料乌拉草固
有的孔结构在热解过程中受到传质和传热的影响而发生一定程度的改变． KCl 在乌拉草前驱体碳化的
过程中主要起到以下作用:在较低的温度下，形成的大晶体给热解过程中的原料带来阻力，占据了挥
发分逸出通道，减缓挥发分的流速，催化挥发分二次裂解而形成更小的气体分子，增加了整体孔分布
中微孔分布的份额． 同时，KCl的存在可以降低碳化的温度(降低活化能)并提高碳产率［23～25］． K 元素
的转变在挥发分逸出阶段及焦化阶段都会发生(主要发生在高温阶段)，但在最初的挥发分脱除阶段，
K参与了无机和有机组分之间的转化，在低温下少量释放出的 K被认为促进了有机基质的分解，但是
释放的 K很有限，而且在热解过程中释放得更缓慢，原因是仍然完整的有机基质具有更高的扩散阻力．
这个过程的初始温度低至 230 ℃，所需活化能比较低． 大量原料中的有机基质在 530 ℃之前被破坏，Cl
和 K从原料中的结合位被释放而转移到液态的焦油相中，Cl 进一步通过如下反应以 HCl 形式释放到
气态中:
Ｒ-COOH(s)+ KCl(s →) Ｒ-COOK(s)+ HCl(g) (3)
或与 K结合，或与焦油表面的基本官能团反应形成酚盐或者成为插层． 在热解过程中会有一些少量离
散的小尺寸 KCl在孔道或富 Si的碳材料表面生成． 温度继续升高至接近于 700 ℃时，KCl 将升华并以
气态形式释放，在更高的温度可能会产生硅酸钾(硅酸钾的产生受到动力学限制)，或者气态的 KCl与
原料表面和内部作为骨架的 SiO2反应． 在低温时 Cl最初是以 KCl形式存在，这就允许在有机基质上的
官能团上发生离子交换反应［见反应(3)］． 最终，一些 K将以游离的 K 原子形式从焦基质和硅酸钾中
释放出来．
通常，KCl作为外源的活化剂时，并不被认为是一种高效的活化剂［26］． 而在本文中，根据元素分
7401No．6 王 昀等:自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质
布图像的结果，K在原料乌拉草中均匀分布，乌拉草基碳材料能得到较好的结果正是因为 K存在于原
料的分子内，使活化过程相当于分子水平的混合，均匀程度要远大于单纯的机械混合． 由于混合的效
率高，尽管含量相比于外源性掺杂的量少得多，但活化效果却高于外源性掺杂，并且避免了外源性掺
杂引起的过度活化对碳产品产率的影响，另外，由于元素的分布来自于自然选择的结果，定位精准，
相对于机械混合的活化剂掺杂规律性更强，造出的孔更加规则． K 是植物生长过程中必需的元素，在
促进代谢和光合作用、调节渗透压、抗病，抗倒伏和抵抗不良环境等方面都起到一定作用，所以在所
有的植物中，K或多或少地以不同的形式存在． 但是很少有植物可以像乌拉草制备碳材料这样得到性
质优良的碳材料，可能的原因是制备过程需要含量合适的 K和原料自身特有的结构这 2个因素综合作
用［27］．
3 结 论
以生物质乌拉草作为前驱体，采用简单的制备工艺，利用乌拉草自身含有的 K实现化学活化制备
了多孔碳材料，采用三电极法测试了其电容性质，并与几种常见生物质基碳材料进行了对比． 结果显
示，通过直接碳化制备的乌拉草基碳材料 UlaC-950-HF的 BET比表面积达到 1476 m2 /g，为微孔材料，
结构具有一定的有序性，电容性质(113 F /g)优于商业活性碳(90 F /g，以椰壳为前驱体)及用常见的生
物质为原料制备的碳材料，是比较理想的电极材料，将有望应用于储能领域．
支持信息见 http:/ /www．cjcu．jlu．edu．cn /CN /10．7503 /cjcu20160075．
参 考 文 献
［1］ Burchell T． D．，Carbon Materials for Advanced Technologie，Elsevier Science Ltd．，Amsterdam，1999，98
［2］ Tan Z． Q．，Chen G． X．，Zhu Y．，Science，2011，332(6037)，1537—1541
［3］ Marta S．，Mokaya Ｒ．，Energy Environ． Sci．，2014，7，1250—1280
［4］ Qian W． J．，Sun F． X．，Xu Y． H．，Qiu L． H．，Liu C． H．，Wang S． D．，Yan F．，Energy Environ． Sci．，2014，7，379—386
［5］ Zhang J． B．，Li J． Q．，Plant Sci． J．，2011，29(1) ，42—49(张景博，李建强． 植物科学学报，2011，29(1)，42—49)
［6］ Luo M．，Zhang J． Y．，Chinese Carex Meyeriana Kunth，Jilin People’s Press，Changchun，2008，19—23(罗敏，张君义． 中国乌拉草，
长春:吉林人民出版社，2008，19—23)
［7］ Tripathi P． K．，Liu M． X．，Zhao Y． H．，Ma X． M．，Gan L． H．，Noonan O．，Yu C． Z．，J． Mater． Chem． A，2014，2，8534—8544
［8］ Castelló D． L．，Amorós D． C．，Solano A． L．，Fuel Process． Technol．，2002，77 /78，325—330
［9］ Pei J． C．，Lignocellulosic Chemistry(the Fourth Edition)，China Light Industry Press，Beijing，2012，91(裴继诚． 植物纤维化学，第 4
版． 北京:中国轻工业出版社，2012，91)
［10］ Mao J． Z．，Ma J． F．，Xu F．，J． Biobased Mater． Bio．，2011，5(2)，209—218
［11］ Mao J． Z．，Zhang L． M．，Xu F．，Cellulose Chem． Technol．，2012，46，193—205
［12］ Barin G． B．，Gimenez I． F．，Costa L． P．，Filho A． G． S．，Barreto L． S．，J． Mater． Sci．，2014，49(2) ，665—672
［13］ Tuinstra F．，Koenig J． L．，J． Chem． Phys．，1970，53，1126—1130
［14］ Seavilla M．，Fuertes A． B．，Chem． Phys． Lett．，2010，490(1—3) ，63—68
［15］ Wang Z． C．，Wang L． W．，Yang H．，Guo Y． P．，Liu Y． H．，Shen L． C．，The Preparation of High Specific Surface Area Activated Carbon，
CN 1203887A，1999-01-06(王子忱，王莉玮，杨桦，郭玉鹏，刘艳华，申莲春． 超高比表面积活性炭的制备，CN 1203887A，1999-
01-06)
［16］ Li Z． L．，Ge Y． Y．，Xiao D．，A Preparation Method of Lignin-based Porous Carbon Material，CN 103253651A，2013-08-21(李志礼，葛
圆圆，肖多． 一种木质素基多孔碳材料及其制备方法，CN 103253651A，2013-08-21)
［17］ Zhao Y． H．，Liu M． X．，Deng X． X．，Miao L．，Tripathi P． K．，Ma X． M．，Zhu D． Z．，Xu Z． J．，Hao Z． X．，Gan L． H．，Electrochim． Ac-
ta，2015，153，448—455
［18］ Liu M． X．，Qian J． S．，Zhao Y． H．，Zhu D． Z．，Gan L． H．，Chen L． W．，J． Mater． Chem． A，2015，3，11517—11526
［19］ Zhao Y． H．，Liu M． X．，Gan L． H．，Ma X． M．，Zhu D． Z．，Xu Z． J．，Chen L． W．，Energ． Fuel，2014，28(2)，1561—1568
［20］ Yan P． L．，Li A． L．，Zhang B． Q．，Shi J． Y．，Gan Y．，Li C．，Chem． J． Chinese Universities，2015，36(11) ，2304—2310(严鹏丽，李
爱龙，张丙青，施晶莹，甘阳，李灿． 高等学校化学学报，2015，36(11)，2304—2310)
［21］ Zhou Y．，Jiang L．，Yan J． W．，Wang C． L．，Xiao N．，Chem． J． Chinese Universities，2014，35(3) ，619—625(周颖，姜磊，阎景旺，王
8401 高 等 学 校 化 学 学 报 Vol．37
春雷，肖南． 高等学校化学学报，2014，35(3)，619—625)
［22］ Chmiola J．，Yushin G．，Portet C．，Simon P．，Taberna P． L．，Science，2006，313(5794) ，1760—1763
［23］ Saleh S． B．，Hansen B． B．，Jensen P． A．，Johansen K． D．，Energ． Fuel，2013，27(12) ，7541—7548
［24］ Shang L．，Ahrenfeldt J．，Holm J． K．，Sanadi A． Ｒ．，Barsberg S．，Thomsen T．，Stelte W．，Henriksen U． B．，Biomass Bioenerg．，2012，
40，63—70
［25］ Nowakowski D． J．，Jones J． M．，Brydson Ｒ． M．，Ｒoss A． B．，Fuel，2007，86(15) ，2389—2402
［26］ Ma Z． H．，Zhang H． Y．，Yang Z． Z．，Zhang Y． F．，Yu B．，Liu Z． M．，J． Mater． Chem． A，2014，2，19324—15329
［27］ Hou J． H．，Cao C． B．，Ma X． L．，Idrees F．，Xu B．，Hao X．，Lin W．，Sci． Ｒep-UK，2014，4，7260—7625
Self-activated Carex Meyeriana Kunth-based Porous Carbon
Prepared by Direct Carbonization and
Its Electrochemical Properties
WANG Yun，BEN Teng* ，QIU Shilun
(College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China )
Abstract Porous carbon material UlaC-950-HF(Ula stands for Carex meyeriana Kunth，C is short for carbo-
nized，950 is the optimized temperature，and HF is the etchant)was prepared through direct carbonization of
Carex meyeriana Kunth after necessary impurity removal． The precursor self-activated in the process of pyroly-
sis． The electrochemical measurements of the UlaC-950-HF sample and several other carbonized biomass-based
porous carbon materials were carried out． The results revealed that the capacitance of UlaC-950-HF was 113
F /g． In addition，the electrode showed excellent cycling stability as its specific capacitance decreased only by
4 F /g after 4000 voltammetry cycles，showing its potential of being applied in the supercapacitor electrode ma-
terial．
Keywords Carbonized biomass;Carex meyeriana Kunth;Self-activation;Electrochemistry
(Ed．:S，Z，M)
 Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos． 21390394，21261130584，21471065)，the National Basic Ｒesearch
Program of China(No．2012CB821700)and the Programme of Introducing Talents of Discipline to Universities Project，China(No．B07016)．

9401No．6 王 昀等:自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质