成果简介
玉米芯作为一种可持续的生物质废弃料,主要由半纤维素组成。 本文,浙江大学盛奎川教授团队在《Energy Fuels》期刊 发表名为“Synthesis of Fe/N Co-doped Porous Carbon Spheres Derived from Corncob for Supercapacitors with High Performances”的论文, 研究以天然玉米芯为基材,通过连续的FeCl3介导的水热反应和温和的KHCO3活化路线Fe/N共掺杂多孔碳球体,用于超级电容器电极材料。
由于半纤维素的低水解温度和Fe 3+ 的水解促进作用,玉米芯衍生的氢化炭呈现出特殊的碳球形态。有趣的是,该碳在三聚氰胺介导的 KHCO 3活化后,球体形态得以完好保存。由于离子扩散距离短、独特的堆积结构和发达的微介孔结构碳球体,优化的 CCAC-Fe-M-50% 表现出优异的离子转移动力学和倍率性能(87% 高达 20 A g –1)。同时,在三电极装置中对CCAC-Fe-M-50%的电化学研究表明高电容(1 a g-1时为338 F g-1)。在双电极设置中,CCAC-Fe-M-50%||CCAC-Fe-M-50% 装置显示出最高的循环性(5000 次循环后保持率为 )和极低的R ct ( Ω) 和Rs ( Ω)。
这些优异的性能归因于大S BET ( m 2 g –1 )、多种氧化还原可能性 (Fe 3+、Fe2+和 N官能团),以及碳具有微介孔结构的球体形态,分别增强了离子物理吸附、赝电容和电解质/离子扩散。此外,所制造的CCAC-Fe系M-50%在中性电解质|| CCAC-Fe系M-50%设备表现出了极好的能量密度(Ëd Wh kg-1)在功率密度(Pd) 455 W kg –1。目前提出的具有优异结果的策略可用于超级电容器和其他高 科技 应用的生物质基超性能电极材料的新开发。
图文导读
方案 1. 玉米芯Fe/N Co掺杂 PCSs的合成方案,用于超级电容器应用
图 1. (a) CCHC-Fe、(b) CCPC-Fe、(c) CCAC-Fe、(d) CCAC-Fe-M-25% 和 (e) CCAC-Fe-M-50 的 SEM 图像CCAC-Fe-M-50% 在 (f) 5900 、(g) 25 000 和 (h) 390 000 不同放大倍数下的 % 和 TEM 图像。
方案 2. (a) PCSs 的空间高效填充结构和 (b) 层堆叠多孔 碳结构的方案
图2. (a) PCSs 的 XRD 和 (b) 拉曼图谱,(c) CCAC-Fe-M-50% N 1s 的 XPS 光谱,以及 (d) CCAC-Fe-M 的 Fe 2p 的 XPS 光谱-50%。
图3. 6 M KOH 中的三电极设置
图4. 1M Na2SO4中的两电极设置
文献 :