在炭化过程中，氧化石墨烯是淀粉直接转化为高价值碳材料的有效促进剂。然而，氧化石墨烯在避免淀粉发泡和驱动碳质固体生长方面的具体机制尚不清楚。通过热分析和气液固产物分析，我们确定了氧化石墨烯在淀粉转化为多孔碳球中的双重功能。在物理层面上，氧化石墨烯涂层通过空间限制效应，不仅使淀粉相互分离，而且阻断淀粉发泡产生的生物焦油，诱导焦油二次分解，形成碳骨架，从而获得较高的产碳率。在化学层面上，氧化石墨烯涂层诱导淀粉的定量脱水，这意味着泡沫程度可控，并提供可调节的所得碳的孔隙结构。作为锂存储的负极材料，在20mA g^-1时具有665 mAh g^-1的高容量和良好的循环稳定性。这些结果为氧化石墨烯驱动淀粉向碳的可控转化提供了更深入的理解，这可能会促进生物质衍生碳材料在储能方面的实际应用。

 
图1. 淀粉基炭制备工艺示意图。

 
图2. 玉米淀粉前驱体(a)、氧化石墨烯包覆的玉米淀粉前驱体GS10 (b)、碳化后的泡沫玉米淀粉(c)、碳化的GS10 (d)的SEM图像、碳化的GS10、还原氧化石墨烯包覆部分(e)和淀粉衍生的非晶态部分(f)的TEM图像。

 
图3. PS和GS10的TG-DTG曲线（a），PS（b）和GS10（c）的MS光谱，GS10（d）的DSC曲线，GS10-280（e）的TG-DTG-曲线，以及GS10-280的MS光谱（f）。

 
图4. 每种前体的FT-IR光谱（a），每种碳化产物的XPS图谱（b）、氮吸附-脱附等温线（c）和相应的孔径分布（d）、XRD图谱（e）和拉曼光谱（f）。

 
图5. GO涂层在分子水平上抑制淀粉发泡和随后的碳化过程的可能机制。

 
图6. 0.02 A g^-1时初始恒电流充放电曲线(a)、0.1 mV时初始CV曲线(b)、0.02 A g^-1、0.05 A g^-1、0.1 A g^-1、0.2 A g^-1、0.5 A g^-1、1 A g^-1、2 A g^-1、3 A g^-1和0.05 A g^-1 时速率性能测试(c)，以及所有样品在0.5 A g^-1时的循环性能(d)。

      相关研究成果由太原理工大学材料科学与工程学院Yi-Ming Liu和中国科学院山西煤炭化学研究所、中科院炭材料重点实验室Cheng-Meng Chen等人于2023年发表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157371 )上。原文：Mechanistic insights into dual function of graphene oxide in preparing Starch-derived amorphous carbon for lithium storage。

转自《石墨烯研究》公众号