Pyrolyse von Cellulose unter Ammoniak führt zu Stickstoff-dotiertem nanoporösem Kohlenstoff, der durch Methanbildung erzeugt wird

Hier präsentieren wir eine einfache Ein-Schritt-Herstellungsmethodik für stickstoff-dotierte (N-dotierte) nanoporöse Kohlenstoffmembranen durch das Anlassen von Cellulosefilterpapier unter NH3. Wir fanden heraus, dass die Stickstoffdotierung (bis zu 10,3 at %) während der Cellulosepyrolyse unter NH3 bereits bei Temperaturen von nur 550 °C auftritt. Bei 700 °C oder höher reagiert N-dotierter Kohlenstoff weiter mit NH3, was zu einer großen Oberfläche (bis zu 1973,3 m(2)/g) führt. Wir entdeckten, dass das dotierte Stickstoff in der Tat eine wichtige Rolle in der Reaktion spielt, was zur Vergasung von Kohlenstoff führt. CH4 wurde experimentell mittels Massenspektrometrie als Produkt in der Reaktion zwischen N-dotiertem Kohlenstoff und NH3 nachgewiesen. Im Vergleich zu konventionellem Aktivkohle (1533,6 m(2)/g) zeigt der N-dotierte nanoporöse Kohlenstoff (1326,5 m(2)/g) mehr als die doppelte spezifische Kapazität (90 vs. 41 mF/m(2)).