基于木材细胞壁结构调控的能源存储与转换材料研究进展

近年来，随着对木材细胞壁微结构认识的深入和细胞壁调控技术手段的丰富，木材作为一种绿色、可再生且储量丰富的天然高分子材料，开始在节能建筑、环境保护、生物工程和储能器件等领域发挥出独特的功能优势，引起了广泛关注。利用木材开发高能量密度电极、高效电解水催化剂，对推进落实“双碳”目标、实现能源的绿色和可持续发展具有重要意义。笔者基于木材细胞壁调控方法-结构-功能三者之间的联系，总结了利用物理、化学和生物反应对木材细胞壁进行结构解聚、活化造孔和功能修饰的方法，探讨了碳化后木材电极的结构特征与电化学性能之间的关联机制。基于木材孔隙结构和厚度自适应性的特点，讨论了实体木材对实现超级电容器高能量密度和高功率密度的重要性；针对木材电极分级多孔的结构特性，分析了以木材为载体制备高性能的锂-氧电池和锂-硫电池的创新思路；利用实体木材的化学活性，重点探讨了其作为催化剂载体，在催化水裂解制氢方面表现出的协同增效与技术优势。最后，基于以上的论述，对木材作为储能材料所面临的机遇、挑战以及未来需要重点关注的研究方向进行了展望。