生物质前驱体天然的微纳结构和特定化学组成赋予了生物质基多孔碳独特的形貌和丰富的表面化学，其在电化学储能方面具有广阔的应用前景。其中，淀粉作为一种高纯度的生物质产物，它具有独特的球形结构和高含碳量，是一种重要的碳源。然而，淀粉的基本结构是由d-葡萄糖单元组成的多糖，其在直接热解过程中易于解聚形成小分子，从而导致低碳产率和天然微结构的破坏。

针对上述问题，我组围绕淀粉基碳材料热解炭化过程中的结构演变机理展开研究，并在ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 14796-14804发表了题为From Starch to Carbon Materials: Insight into the Cross-ing Reaction and Its In？uence on the Carbonization Process的研究论文。该研究工作通过（NH ₄）₂ HPO₄交联与梯度碳化实现了具有均匀球形结构淀粉基多孔碳的可控制备。并结合原位傅里叶变换红外光谱，X射线光电子能谱分析和核磁共振技术的原位追踪，深入研究了淀粉有机质向无机炭质多孔材料的热化学转变过程。结果表明在整个交联反应过程中，N原子有助于多芳族单元的环化和生长，而P则以磷酸盐和多磷酸酯桥的形式将多芳族单元片段交联成石墨晶体。在磷和氮的双机制作用下，淀粉成功地从天然有机高分子化合物转变为碳材料。同时，它保持了自身天然的球形结构。该研究结果将对其他天然生物质碳材料的开发提供了重要的理论模型和科学基础。

不同交联条件下淀粉基碳材料的结构演变过程