多孔碳材料制備及其電容性能
——綠色化學綜合創新實驗設計

高亞輝，李娟，尹國杰，張攔，趙丹，常美佳，張少文

洛陽理工學院環境工程與化學學院，河南 洛陽 471023

地方型高校肩負著高質量應用型、創新型人才培養的重大責任，2018年教育部頒布的《化學類專業教學質量國家標準》明確指出，要加大綜合實驗在化學二級學科比例，強化實驗過程中對學生實驗操作和創新能力的訓練[1]。在當前新工科建設和“雙碳”目標實施背景下，綠色化學作為一門交叉前沿學科，是實現循環經濟和可持續發展的重要科學技術基礎。該課程在系統講授綠色化學基本原理、原子經濟性反應、綠色合成技術以及綠色原料、催化劑和能源及化學化工行業中具有先進性、實用性和前瞻性的現代技術的同時，旨在培養學生樹立生態平衡、綠色可持續發展理念，具備較強實踐能力和創新精神的高素質應用型人才。依據洛陽理工學院“地方性、行業性、應用型”的辦學定位，結合專業特色及培養要求，我校應用化學和新能源科學與工程專業在人才培養方案中開設了無機化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗和化工原理實驗等基礎性實驗，在學習完綠色化學課程理論內容后，還分別設置了“化工綜合實訓”和“化學綜合創新實驗設計”(應用化學專業，1.0學分，24學時)，“電化學綜合實驗”和“新能源應用綜合創新實驗設計”(新能源科學與工程專業，2.0學分，48學時)綜合實踐環節，逐步構建了“基礎實驗-綜合實驗-綜合創新實驗設計”為一體的教學體系和特色，以提高實踐環節的教學質量，強化學生應用能力和創新能力的培養。

當前我國面臨嚴重的能源不足問題，超級電容器因其功率密度高、循環壽命長和穩定性好受到研究者的普遍關注，其電化學性能與電極材料的特性緊密相關[2]。本課題組致力于生物質源多孔碳材料制備及其在儲能領域應用的研究。結合實驗室設備條件，將科研成果中可操作性強的研究內容作為綜合設計創新性實驗項目，實現科研反哺教學是提升學生實踐和創新能力的重要途徑[3]。本文通過選用洛陽當地資源豐富的牡丹籽殼(也可選用花生殼、核桃殼、豆粕、椰子殼、稻殼等)作為原料制備多孔碳材料，研究了作為電極材料的電容性能。實驗涉及到生物碳的制備、活化劑用量對形貌、孔徑及性能的影響，還用到管式爐、掃描電極顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、拉曼光譜、N2吸脫附表征分析及電化學工作站等各種設備操作，具有很強的綜合性和實用性，有利于學生的綜合實驗能力和專業創新能力的訓練。

1 實驗設計

1.1 實驗目的

(1) 了解生物質原料成分及作用；理解生物質轉化為多孔碳材料的原理及活化過程。

(2) 熟悉管式爐的操作，SEM、XRD、拉曼光譜測試樣品制備方法，掌握多孔碳材料的制備、形貌和結構分析方法。

(3) 熟悉N2吸脫附等溫線測試過程，比表面積和孔徑分布的數據分析方法，能夠利用Origin軟件進行數據處理。

(4) 熟悉超級電容器儲能原理及循環伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)測試原理和電化學工作站的操作。

(5) 掌握電極制備及比電容性能的分析方法。

通過多孔碳材料制備及性能研究的實驗訓練，加深學生對可再生原料生物質利用的理解，掌握綠色能源材料的能源存儲方式，多孔碳材料制備、形貌和結構表征及性能測試全過程操作方法和實驗技能，加強學生應用能力和實踐創新能力的培養。

1.2 實驗原理

1.2.1 多孔碳材料制備原理

生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，經高溫碳化后的生物質碳活化機制主要為：首先，生物質碳作為還原劑與活化劑KOH和生成的鉀鹽之間發生氧化還原反應蝕刻碳骨架，形成多孔網絡結構，稱為化學活化過程，如反應方程(1)、(2)和(4)所示；其次，反應中產生的H2O和CO2等從碳骨架內部向外部擴散過程會進一步促進孔隙的產生，稱為物理活化過程，如反應方程(3)、(5)、(6)、(7)和(8)所示；同時，產生的金屬K插層至碳晶格中，能夠促進碳晶格產生缺陷和膨脹，形成更多的孔隙，從而形成多孔結構，如反應方程(1)、(2)和(4)所示。反應方程式如下：

1.2.2 超級電容器原理

依據電荷儲存機理的不同，超級電容器可分為雙電層電容器(EDLC)、贗電容器(PC)和混合電容器。EDLC按照亥姆赫茲雙電層模型儲存電荷，即電解質離子所帶的電荷基于物理靜電吸附在電極/電解液界面上排列，自發形成雙電層而產生電容，如圖1(a)所示。在充放電過程中電極與電解質間不發生電荷轉移，即無法拉第反應發生[4]。EDLC材料的比電容與電極的比表面積、孔結構和表面特性緊密相關。多孔碳材料由于其比表面積高、化學性質穩定、孔結構可調是應用最為廣泛的EDLC活性電極材料。

圖1 超級電容器原理

PC電容器是依據電極表面或近表面快速可逆的氧化還原反應進行電荷存儲，其儲能原理如圖1(b)所示。充電時，電解液中的離子(如H+、OH-)在外電場的驅動下，由體相擴散到電極/電解液的界面，在界面處發生法拉第反應并快速插層到活性材料中。放電時，電解液中的離子從兩相界面重新遷移至體相中，發生逆向的法拉第反應，同時所存儲的電荷通過外電路釋放出來。該充放電過程不同于EDLC的物理靜電作用，其存在法拉第反應，比電容較高。當多孔碳材料中含有雜原子(O、N、P、S)時有更多的活性位點參與氧化還原反應，因此能增大比電容。

1.3 實驗內容設計

該綜合性實驗主要分為三部分：① 以牡丹籽殼為原料，制備多孔碳材料；② 所制備多孔碳材料形貌、孔結構表征，分析活化劑量對所制備材料的形貌、孔結構的影響；③ 制備電極，通過電化學工作站對電極材料進行循環伏安(CV)和恒電流充放電(GCD)測試，計算所制備材料的電容性能并對結果進行分析與討論。其中，應用化學專業學生必須完成①和②兩部分；新能源科學與工程專業學生①、②和③三部分均需完成。

1.4 實驗安排

該綜合實驗項目應用化學專業時間為1周，24學時，1.0學分，新能源科學與工程專業時間為2周，48學時，2.0學分。30人班級，分成3大組(分別制備PSC-1、PSC-2和PSC-3樣品)，3-4人/組。教師提前1個月布置實驗任務和說明實驗室現有設備條件，學生通過文獻查閱、小組研討，制定出詳細具體的實驗方案，經與教師討論后確定最終方案，培養學生文獻查閱、總結歸納、撰寫實驗方案的綜合能力。然后，在教師指導和配合下，學生按照確定的實驗方案進行材料制備、形貌結構的表征分析、性能測試等操作，培養學生勤于動手、善于動腦、積極思考和嚴謹認真的科研態度。實驗結束后，學生對形貌和孔結構數據進行分析，對比不同活化劑量對多孔碳材料結構和性能的影響，在查閱文獻的基礎上對所制備材料所表現出的電容性能給予分析討論。最后，按照教師給定的模板撰寫一篇科技小論文，并以小組為單位在班級進行PPT匯報，展示實驗過程和結果，鍛煉學生的學術交流能力和創新思維。

1.5 實驗要求

生物質碳化過程中需要用高溫管式爐和KOH強堿溶液，因此教師在實驗前要特別強調實驗過程安全。首先要求學生進入實驗室必須穿實驗服；教師提前將管式爐、真空干燥箱、真空泵及電化學工作站的詳細操作步驟、注意事項及防范措施粘貼于墻上或放置于儀器旁邊，供學生在操作時隨時查看，并且在實驗前要先演示操作一遍，學生再進行操作，要求學生嚴格按照步驟進行操作，如提醒學生要密切觀察出氣口氣泡的穩定性，煅燒完畢后必須等溫度降至40 °C以下方能打開管式爐取樣，全過程中管式爐旁邊每組必須有一位學生監看，以確保實驗過程學生和設備的安全。在對電極材料進行電化學性能測試時需要用6 mol·L-1KOH溶液，要求學生在安裝和取下電極時必須戴防護手套，以防KOH粘到皮膚上灼傷。

1.6 考核方式

依據實驗內容對學生進行全面考核，具體包括：實驗方案撰寫情況，考核學生查閱文獻和總結歸納的能力；實驗過程考核，考查學生出勤、動手和動腦思考及分析和解決問題的能力；實驗結果分析和小論文撰寫情況，考核學生數據處理能力及科研態度的嚴謹性。其中實驗方案撰寫、實驗結果部分均占30%，實驗過程的操作占40%。

2 實驗部分

2.1 實驗主要試劑和儀器

主要試劑：牡丹籽殼(洛陽天驕牡丹科技公司)，氫氧化鉀(KOH，98.5%，分析純)，濃鹽酸(HCl，36.5%，分析純)，聚四氟乙烯乳液(60% (w)，質量分數)，乙炔黑(99%)，無水乙醇(99.5%)，活性炭(YP-50F，純度99.1%，日本可樂麗化學株式會社)。

主要儀器：管式爐(G8L-1500X，合肥科晶材料技術公司)，SEM (Zeiss Sigma500，英國蔡司)，全自動三站比表面積分析儀(Belsorp mini X，日本拜耳公司)，電化學工作站(CHI760E，上海辰華儀器公司)，XRD (D8，德國布魯克公司)，拉曼光譜儀(InVia inVia Reflex，英國雷尼紹公司)，真空干燥箱(DZF-6022，上海恒科學儀器公司)，循環水式多用真空泵(SHZ-D (III)，上海立辰邦西儀器科技公司)，真空抽濾裝置，九陽家用粉碎機(L18-P376，九陽股份公司)，鉑片電極夾，飽和氯化銀電極，鉑絲電極，微孔濾膜(孔徑0.22 μm，直徑50 mm)。

2.2 實驗步驟

2.2.1 多孔碳制備

(1) 牡丹籽殼預處理。

牡丹籽殼先用自來水、再用去離子水反復清洗以除去灰塵和雜質后，在105 °C鼓風干燥箱中干燥48 h至恒重，粉碎后裝入自封袋中儲存于干燥的環境中，備用。

(2) 牡丹籽殼粉預碳化。

將10 g牡丹殼粉末裝入瓷舟，小心送入管式爐中，安裝好兩端的法蘭，用真空泵抽去里面的空氣，打開氮氣瓶閥門和減壓閥，設置升溫程序為5 °C·min-1的升溫速率從室溫升至500 °C，在N2氣氛下熱解2 h，待管式爐溫度降至40 °C以下時，關閉氮氣瓶閥門和減壓閥，取出瓷舟。將碳化產物轉移至盛有100 L 1 mol·L-1HCl的燒杯中，磁力攪拌浸泡2 h。然后用真空抽濾裝置過濾并用去離子水洗滌濾餅至中性后，再在80 °C烘箱中干燥12 h得到碳化產物(BC)，最后裝入樣品瓶中，備用。

(3) 活化。

稱取2 g碳化產物BC，分別按照質量比為1 : 1、1 : 2、1 : 3的比例稱取活化劑KOH放入研缽中研磨混合均勻后，倒入瓷舟并放置于管式爐中，抽氣后以5 °C·min-1升溫速率從室溫升至800 °C，在N2氣氛下活化2 h，然后將活化產物用100 L 1 mol·L-1HCl磁力攪拌2 h，去除殘余的鉀鹽產物。采用真空抽濾收集活化產物并用去離子水多次洗滌至中性，將收集的濾餅在真空干燥箱中60 °C干燥12 h得到多孔碳材料。按照BC與KOH的質量比將活化產物命名為PSC-x，其中x分別為1，2，3。

2.2.2 多孔碳形貌和結構表征

(1) SEM。

SEM和能量散射分析(EDS)是最常用的觀察樣品微觀形貌、元素組成的工具。測試時取少許樣品粘在導電膠上，噴金3 min后，放置于樣品臺上進行形貌觀察，電壓為5 kV。

(2) XRD。

XRD用來觀察材料晶型結構的變化特征。采用CuKα靶為X射線發射源，波長λ為0.15418 nm，掃描范圍2θ為5°-80°，掃描速率5 (°)·min-1。將所制備的多孔碳材料平鋪在樣品槽中并壓實后測試。

(3) 拉曼光譜。

拉曼光譜主要用來觀察材料的表面缺陷和石墨化程度。將所制備的碳材料平鋪在干凈載玻片上，測試波長為500-3500 cm-1，激發波長為532 nm。

(4) N2吸附-脫附測試。

比表面積和孔徑分布是衡量材料孔道結構特征的重要參數。測試前，將50 mg樣品裝入樣品管中，先經180 °C真空脫氣4 h，然后采用拜爾三站全自動比表面積分析儀測試，測試溫度-196 °C，得到樣品的N2吸附-脫附等溫曲線。材料的比表面積采用BET模型計算出，孔徑分布通過非定域密度泛函理論(NLDFT)方法獲得。

2.2.3 電極制備

分別稱取80 mg制得的多孔碳，10 mg導電劑乙炔黑和10 mg粘合劑聚四氟乙烯(PTFE，約17.6 mg 60% (w)的PTFE分散乳液)，即按照質量比為8 : 1 : 1的配比制備電極樣品。加入少許無水乙醇于混合物中，持續攪拌混合1 h直至成均勻漿料。為了對比然后取少許混合物均勻涂覆在泡沫鎳(尺寸1 cm × 1 cm，已知重量為m1)集流體的表面，在真空干燥箱中溫度60 °C干燥8 h，再在壓片機上2 MPa壓制30 s后，再次稱取泡沫鎳的質量m2，通過差量法可計算出集流體泡沫鎳上涂覆電極材料的質量m=m2-m1，兩次的差值m× 0.8即為電極上活性材料的質量，一般控制活性材料的質量為2-3 mg。作為對比材料，活性碳(AC)按照與上述同樣的步驟制備成電極。

2.4 多孔碳電容性能測試

2.4.1 CV測試

CV測試是指在一定的電壓下，在控制電位的電極上施加恒定掃描速度，對測定體系以三角波電壓信號，記錄電壓與電流(CV)曲線。EDLC電極材料，其CV曲線通常呈現矩形，若在某些電壓范圍內出現波峰，則表明在該范圍內存在表面吸附或電化學反應。因此，通常基于CV曲線形狀，判斷電極材料電荷的存儲類型、充放電過程電極的電化學行為及可逆性[5]。

該實驗項目被測電極的電容性能評價以6 mol·L-1KOH溶液作為電解液，制備的電極為工作電極，飽和Ag/AgCl作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，電壓窗口為-1 - 0 V，通過CHI 760E電化學工作站在三電極系統中進行CV測試。該實驗的掃描速率分別選用：10，20，50，100，200 mV·s-1。

2.4.2 GCD法

GCD法又叫計時電位法，是評價超級電容器比容量最常用的方法之一。它指在設定的電位范圍內和恒定電流條件下對測試系統進行充電和放電，記錄電壓隨時間的變化曲線(GCD)[6]。EDLC電極材料，其曲線為等腰三角形，PC電極材料通常為非等腰三角形，因此基于GCD曲線可判斷電極電荷存儲機制。通過在實驗中設定不同的電流密度，根據恒流放電曲線數據，可以計算出不同電流密度下的比電容。該實驗的電流密度分別取：1、2、3、5、10 A·g-1，電壓范圍為-1 - 0 V。由如下公式計算其實際的比容量：

其中，C為比電容(F·g-1)，I為放電電流(A)，Δt為放電時間(s)，ΔV放電電壓窗口(V)。

3 實驗結果與討論

3.1 多孔碳制備過程

多孔碳制備過程如圖2a所示。選用河南洛陽豐富的生物質牡丹籽殼(圖2b和c)為原料，經粉碎后(圖2d)，先將其中的纖維素、半纖維及木質素等有機成分經碳化、清洗和干燥獲得生物質碳(圖2e)，然后與活化劑KOH以不同質量比(1 : 1，1 : 2，1 : 3)研磨混合后，再經活化制得多孔碳材料(圖2f)，最后用泡沫鎳作集流體制備成電極，在三電極系統中進行CV和GCD測試，評價不同比例活化劑下所制備材料的電容性能。

圖2 多孔碳材料制備過程示意圖及牡丹籽殼形態變化

3.2 形貌分析

SEM表征了活化產物PSC-1、PSC-2和PSC-3表面形貌和孔結構特征，如圖3所示，可以觀察到三個樣品均呈現多孔的蜂窩狀結構，但PSC-1由于活化劑KOH較少，多孔結構僅限于生物炭的表面(圖3a、3b)。孔腔的壁厚隨著KOH和生物質碳比率的增加逐漸變薄，PSC-2 (圖3c、3d)孔結構相對均勻，但PSC-3 (圖3e、3f)蜂窩狀孔腔部分已損壞。這可能因為作為還原劑生物質碳與KOH及生成的鉀鹽之間發生氧化還原反應蝕刻碳骨架形成了多孔網絡結構。當KOH量較少時反應僅發生在碳骨架的表面。當活化劑量增至2倍時，進一步的反應和大量的H2O和CO2擴散過程中會進一步促進孔隙的產生，使孔結構增多，同時反應過程產生的金屬K插入碳晶格中，能夠促進碳晶格產生缺陷和膨脹，形成更多的孔隙。但是當KOH量增至3倍時，會造成過度刻蝕導致一些孔結構塌陷而被破壞[7]。PSC-2的EDS元素分析(圖3g)表明，多孔碳材料中主要含有C (85.2% (w))、O (13.1% (w))和少量N (1.7% (w))原子分布在整個多孔網絡中。據報道氧、氮雜原子自摻雜的多孔碳在充放電過程可有效利用活性表面積提供豐富的雙電層電容，從而提高電極的比電容。

圖3 多孔碳材料的形貌觀察

3.3 結構分析

圖4a和4b分別展示了XRD和拉曼光譜測試結果。從XRD曲線(圖4a)可以觀察到在約23.6°和43.8°處有兩個弱且較寬的衍射峰，分別對應無定型碳的(002)和(100)晶面，說明了多孔碳材料為無定型結構。但隨著活化劑KOH質量比增加，(002)衍射峰向小角度方向偏移，其主要原因可能是KOH活化過程中，含氧官能團被引入碳骨架中，使碳晶格間距增大。在多孔碳材料中引入含氧基團增加層間距，可適當增加空穴和離子擴散通道的數量，促進法拉第氧化還原反應的發生，從而提高所制備電極材料的電容性能[8]。拉曼光譜(圖4b)顯示的D帶(1380 cm-1)為sp3無序結構碳的振動峰，而G帶(1580 cm-1)為sp2石墨碳的振動峰。隨著KOH/PSC質量比的增加，ID/IG峰強度比率從0.86逐漸升高到0.97，這可能是由于氧原子在化學活化過程中摻雜入到碳骨架中，在樣品中形成了缺陷位，這可提高在充電/放電過程中水合電解質離子和制備的電材料之間的界面接觸，這有助于電化學性能的提升。

圖4 (a) 樣品的XRD圖譜；(b) 拉曼光譜圖

根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)分類可知，PSC-x樣品的N2吸脫附等溫曲線(圖5a)均為I型，在初始相對壓力小于0.1的區域，吸附量急劇增加，表明所制備材料存在豐富的微孔。由表1可知，隨著KOH/PSC比率的增加，比表面積、微孔比表面積、孔體積和微孔體積均發生顯著變化。樣品PSC-2比表面積可高達2494 m2·g-1，而PSC-1和PSC-3的比表面積僅為974 m2·g-1和2277 m2·g-1。可能由于在活化過程中，孔的形成過程分為孔隙形成、孔變大和孔塌陷三個階段。當KOH量較少時，在活化過程中產生的CO2較少，活化程度相對較低，不足以形成更多的孔，導致比表面積較小；隨著KOH量繼續增大，產生了更多CO2和H2O，新孔結構形成的同時也會有一部分孔變大，使比表面積急劇增大；但當KOH量過多時，由于刻蝕過度，使一部分大孔塌陷而導致比表面積減小。此外，由孔徑分布(圖5b)可以看出所制備樣品孔徑主要分布在0.3-3.5 nm之間，由豐富微孔和少量介孔(2-4 nm)組成，這可通過去溶劑化的水電解質離子實現快速擴散，少量介孔還可提供有效的離子通道，實現快速離子滲透并傳輸到微孔內部，離子擴散距離短，內阻降低，從而提升電極的電容性能。由上述表征結果表明，牡丹籽殼經預碳化后，通過調節活化劑與生物質碳的質量比，可制備高比表面積和豐富微孔的多孔碳材料，具有作為超級電容器電極材料的優異特征，展示了良好的應用前景。

表1 所制備樣品的比表面積和孔體積

圖5 (a) 樣品的吸附-脫附等溫線；(b) 根據非定域密度函數理論(NLDFT)模型計算的孔徑分布曲線

3.4 多孔碳電極的比電容研究

3.4.1 CV分析

圖6a顯示了所制備PSC-x電極的CV曲線形狀為準矩形，在電壓為-0.2/-0.5 V位置出現有一對氧化還原峰，表明雙電層和贗電容二者兼具的儲能機理，而AC電極CV曲線(圖7a)更接近矩形且未觀察到氧化還原峰，說明是雙電層的儲能機理。在相同掃描速率20 mV·s-1下，PSC-2曲線所包圍的面積最大，且大于AC曲線的面積，表明PSC-2具有最高的比容量和電化學性能，與較大比表面積和均勻孔結構緊密相關。氧化還原反應峰(-0.2/-0.5 V)可能源自材料中的含氧官能團(OH-)在KOH溶液中發生如式(9)和(10)的化學反應引起。此外，在掃描速率從10 mV·s-1到200 mV·s-1逐漸增大時(圖6b)，僅曲線所圍的面積增大，而形狀幾乎沒有變化，表明PSC-2所制備材料具有優異的速率性能和較好的結構穩定性，電極電阻較低，電極材料和電解質接觸界面處的離子具有快速電荷轉移能力。

圖6 (a) PSC-x及AC電極在20 mV·s-1掃描速率下的CV曲線；(b) PSC-2電極在10-200 mV·s-1不同掃描速率范圍的CV曲線

圖7 (a) AC電極在10-200 mV·s-1不同掃描速率范圍的CV曲線；(b) AC在電流密度為1-20 A·g-1下GCD曲線

3.4.2 GCD分析

如圖8所示，PSC-x電極GCD曲線均為準對稱三角形，表明它理想的EDLC以及贗電容儲能機制。在1 A·g-1電流密度下，PSC-2具有最大的比電容339 F·g-1，遠高于PSC-1的216 F·g-1和商業AC電極237 F·g-1(圖8a和圖7b)。在20 A·g-1高電流密度下，PSC-1、PSC-2和PSC-3比電容仍可保持在161、264和228 F·g-1(圖8b-d)，其電容保持率分別為74%、78%和75%。PSC-2高比電容和優異的倍率性能可歸因于其高比表面積、蜂窩狀多孔結構和豐富的氧原子摻雜，使其包含豐富的活性位點，較好的潤濕性能及離子擴散通道及良好的贗電容行為。對比發現，由牡丹籽殼合成的多孔碳的電容性能高于其他類似生物質(如松子殼、油茶殼和椰子殼)衍生的多孔碳電極材料[9-11]。

圖8 (a) 三個電極在電流密度1 A·g-1下GCD曲線；(b) PSC-2，(c) PSC-1，(d) PSC-3在電流密度為1-20 A·g-1下GCD曲線

總之，以牡丹籽殼為生物質，通過預碳化和KOH活化兩步法制備了多孔碳材料，其比表面積可達到2490 m2·g-1，由于豐富的蜂窩狀微孔結構和高氧摻雜的協同效應，為電極材料提供了更多的離子可及表面積，電解質離子的擴散路徑更短，電荷儲存速度快，潤濕好，在KOH與生物質碳的質量比為2時，PSC-2顯示出優于活性炭的比電容(1 A·g-1時為339 F·g-1)和良好的倍率性能(20 A·g-1時為260 F·g-1)，該實驗項目為牡丹籽殼基蜂窩狀多孔碳材料在電子領域開辟了新的方向。

4 結語

生物質基多孔碳材料制備及其電容性能的綜合創新實驗項目，通過讓學生完成制定實驗方案、制備材料、表征形貌和結構、測試電容性能及撰寫小論文等多個環節的綜合性創新訓練，使學生將綠色化學課程中學習的可再生原料和綠色能源的基礎知識，及涉及到無機化學、有機化學、物理化學及化工原理課程的基礎理論，在該實驗項目中得到了充分實踐與應用。學生熟悉了科學研究的思路，掌握了文獻查閱方法，提升了全過程的實驗操作和實驗技能，培養了學生自主制定方案、數據處理、分析和解決復雜問題的能力，實現了學生的綜合實踐和創新能力的提升。該創新實驗項目已經2學期的實踐，具有較強的可操作性，安全且易于實現，教學效果良好。