成果简介

碳材料孔结构的合理设计对于解决超级电容器比电容低、倍率性能差等问题具有重要意义。本文，浙江大学王树荣教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Self-assembly of biomass derivatives into multiple heteroatom-doped 3D-interconnected porous carbon for advanced supercapacitors”的论文，研究提出了一种多杂原子掺杂的三维（3D）互连碳材料，该碳材料是由包括壳聚糖和木质素磺酸钠在内的生物质衍生物在硼酸的帮助下自组装而成的。

经硼酸质子化的壳聚糖氨基可与木质素磺酸钠的磺酸基形成静电吸附和氢键结合，形成碳网络结构。硼酸还作为模板，与KOH活化相结合，进一步促进了分级多孔结构的形成，使所制备的碳具有2700.65m m2 g−1 的高比表面积。作为6M KOH电解液中的电极材料，在三电极体系中在1Ag-1下表现出332Fg-1的良好比电容，而对称电极在166.4W kg-1实现了17.7Wh kg−1的高能量密度。此外，通过超快充放电和离子扩散动力学分析，分别深入揭示了快慢动力学过程的贡献率，以及电解质离子的快速扩散。PVA/KOH凝胶电解质中的对称电极在 10000次循环中保持97%的电容保持率和100% 的库仑效率，表明其具有出色的循环稳定性。

图文导读

图1、CHPC-X的合成机理示意图

图2。(a) CHPC-800的SEM图像、(b-c) TEM图像和 (d, d1-d5) SEM-EDS 元素映射。

图3。(a) N 2吸附-解吸等温线和(b) CHPC-X和PC-800的孔径分布。

图4。具有6M KOH 电解质的三电极系统中的电化学性能

图5。具有 6 M KOH 电解质的三电极系统中的电化学性能

图6、CHPC-800在PVA/KOH凝胶电解质的双电极体系中的电化学性能

小结

本研究报道以两种生物质衍生物（壳聚糖和LS）为原料，在硼酸的辅助下，通过静电吸附和氢键自组装实现3D交联结构，并进一步碳化和活化制备多个杂原掺杂的CHPC-X。CHPC-X电极卓越的电化学性能归因于优异的孔结构，有利于离子的吸附、扩散和缓冲。此外，均匀的多杂原子掺杂（N、O、B、S）增强了材料的润湿性并引入了赝电容。这项工作为通过生物质衍生物的自组装合成用于先进 SCs 的多孔碳电极提供了一种新颖有效的方法

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.08.026