文 献 综 述
- 引言
电化学传感器是目前广泛应用的一种化学传感器。它是通过将目标物的浓度转换成电流、电位或者电阻等特征信号进行定性或定量的检测分析。电化学感器是由多学科相互渗透和多种技术相互结合形成的交叉研究领域，具有操作简单、成本低廉、分析速度快、灵敏度高、选择性好以及仪器可集成化、微型化等特点。目前，电化学传感器已经在环境检测、食品卫生、生物医学以及生命科学等研究领域得到广泛应用，并且具有广阔的前景和重要的研究开发意义。
近年来，石墨烯、碳纳米管、活性碳、多孔碳等碳材料因其结构和功能的多样性，得到了广泛的关注和研究。但石墨烯和碳纳米管这些碳材料，其制备过程往往较为复杂，成本高并涉及强酸和氧化剂，对环境造成了一定的污染。因此，开发具有绿色、高效、低成本碳材料成为时代所需。生物质衍生碳以其结构多样、理化性质可调、环境友好、经济价值可观等优点受到广泛关注。生物质一直是人类赖以生存的重要能源之一，在能源系统中有着重要的地位，低成本、可再生、低污染等特点使其成为最具潜力的碳材料原料。我国每年都会产生大量的农业废弃物，而农业废弃物来源广，可再生，是一种可再生绿色资源，而对于这些资源的再利用也促使了当今对生物质碳的研究和生物质碳的发展[1-2]。
作为可再生碳材料，生物质衍生碳有以下优点：（1）将生物质废弃物制备成增值产品，这将抵消用于废物管理和丢弃的成本；（2）生物质材料中含有多种官能团结构，可实现杂原子掺杂或合成其他的复合材料；（3）生物质前驱体固有的结构对碳材料的微观结构和孔隙度具有重要的影响，可以通过选择不同的前驱体获得多种具有仿生微观结构和形貌的碳纳米材料[3-4]。
已有研究涉及的原料主要有玉米芯、甜菜渣、棉杆、花生壳、农业废料、甘蔗渣、椰子壳、大豆渣、油棕纤维和竹子等[5-6]。一般，植物生物质由４个主要组分组成：纤维素、半纤维素、木质素和水。这些植物原料碳化后，根据其性质，可用于制备具有不同特征性能的碳材料，广泛应用于催化剂[7]、电池电极和超级电容器电极[8]、传感器[9]、生物成像[10]等方面。
2. 生物质碳材料的制备及改性方法
相比于合成碳材料，生物质碳材料具有原料易得、成本低廉，更有实际应用价值等优点。目前主要的碳材料制备方法有：直接碳化法、活化法、微波碳化法、水热合成法、卤素侵蚀法、超临界侵蚀法、气相沉积法［物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）］、模板法（软模板、硬模板）及电弧放电法等。而现阶段较为成熟的碳材料制备方法为直接碳化法和活化法。
2.1直接碳化法
直接碳化法是指在惰性气体（一般用N2）保护下，生物质原料隔绝空气直接进行高温裂解碳化，得到的碳材料具备普通活性碳的吸附功能。热解过程的类型（慢、中、快、闪）取决于温度、停留时间和加热速率。缓慢热解的主要特点为热解温度低、加热速率慢、停留时间长。主要产品的焦产率为25%~35%[11]。在快速热解中，主要产品为停留时间在几秒到几分钟之间的可冷凝液体，有时也将一小部分粒状生物碳作为产品。
直接碳化法操作简单且成本低廉，能“以废治废”，过程无污染，对实验设备无损害。但制得的碳材料与其他方法相比，吸附性能不佳，所含杂质较多。
