化学镀铜镍改性生物炭的形貌调控与氨吸附制冷性能研究

研究人员针对生物炭在吸附制冷中热导率低、机械稳定性差的问题，通过化学镀(Electroless)铜镍改性技术，成功将生物炭热导率提升42.9%（达0.290 W/mK），比热容提高45.9%（1.283 MJ/m3·K），虽比表面积降低36.5%（483 m2/g），但赋予其催化吸附特性，为可持续制冷系统开发提供创新材料解决方案。

　　

随着全球对可持续制冷技术的需求激增，传统压缩式制冷剂带来的高能耗和温室效应问题日益凸显。吸附式制冷因其可利用低品位热源且环境友好的特点备受关注，但核心吸附材料普遍存在热传导性能差、机械强度不足等瓶颈。生物炭虽具有丰富孔隙结构，但其原始形态在反复吸附-解吸过程中易结构坍塌，且对极性分子如氨(NH₃)的吸附选择性较差。印度VIT理工学院的C.K. Pon Pavithiran团队在《Materials Characterization》发表研究，通过创新性表面工程策略，将生物炭转化为高性能吸附材料。

研究采用化学镀(Electroless deposition)技术，在生物炭表面构建铜镍(Cu-Ni)合金涂层。通过场发射扫描电镜(FESEM)观察形貌演变，结合能谱(EDS)进行元素分布验证，采用微CT量化孔隙结构变化，并利用BET法测定比表面积。热性能测试包含激光闪射法测热导率和差示扫描量热(DSC)测比热容。

形貌与结构表征

FESEM显示原始生物炭呈现典型蜂窝状多孔结构，经化学镀后转变为致密结节状形貌，微CT测得孔隙率从38.7%降至12.49%。EDS图谱证实Cu、Ni元素均匀分布在碳基质上，形成连续金属相。

热力学性能提升

镀层使材料热导率从0.203 W/mK提升至0.290 W/mK，比热容从0.879 MJ/m³·K增至1.283 MJ/m³·K。这种改善源于金属相的高导热性和致密结构的热扩散协同效应。

吸附特性转变

BET分析表明涂层导致比表面积下降36.5%，但接触角测试显示表面能降低形成疏水界面。氨吸附实验证实，改性材料通过Cu-Ni的催化作用实现化学吸附，平衡吸附量较物理吸附提升2.3倍。

机械稳定性验证

压缩测试显示镀层材料在10 MPa压力下仍保持结构完整，循环吸附实验证实其抗氨腐蚀性能显著优于未涂层样品。

该研究突破性地将生物炭从物理吸附载体转变为化学吸附-催化双功能材料。铜镍镀层不仅解决传统多孔材料热传导差的难题，其表面电子效应更实现对极性分子的高效捕获。这种兼具高导热(0.290 W/mK)、耐腐蚀和催化活性的复合材料，为开发非电力驱动的冷链设备（如牛奶冷藏系统）提供全新材料范式，推动吸附制冷技术向高效化、小型化发展。研究揭示的金属-碳界面协同机制，也为其他气体吸附材料的理性设计提供重要参考。