成果簡介
玉米芯作為一種可持續的生物質廢棄料，主要由半纖維素組成。本文，浙江大學盛奎川教授團隊在《Energy Fuels》期刊發表名為“Synthesis of Fe/N Co-doped Porous Carbon Spheres Derived from Corncob for Supercapacitors with High Performances”的論文，研究以天然玉米芯為基材，透過連續的FeCl3介導的水熱反應和溫和的KHCO3活化路線Fe/N共摻雜多孔碳球體，用於超級電容器電極材料。
由於半纖維素的低水解溫度和Fe 3+ 的水解促進作用，玉米芯衍生的氫化炭呈現出特殊的碳球形態。有趣的是，該碳在三聚氰胺介導的 KHCO 3活化後，球體形態得以完好儲存。由於離子擴散距離短、獨特的堆積結構和發達的微介孔結構碳球體，最佳化的 CCAC-Fe-M-50% 表現出優異的離子轉移動力學和倍率效能（87% 高達 20 A g –1）。同時，在三電極裝置中對CCAC-Fe-M-50%的電化學研究表明高電容（1 a g-1時為338 F g-1）。在雙電極設定中，CCAC-Fe-M-50%||CCAC-Fe-M-50% 裝置顯示出最高的迴圈性（5000 次迴圈後保持率為 102.7%）和極低的R ct (0.59 Ω) 和Rs (4.54 Ω)。
這些優異的效能歸因於大S BET (2305.7 m 2 g –1 )、多種氧化還原可能性 (Fe 3+、Fe2+和 N官能團），以及碳具有微介孔結構的球體形態，分別增強了離子物理吸附、贗電容和電解質/離子擴散。此外，所製造的CCAC-Fe系M-50％在中性電解質|| CCAC-Fe系M-50％裝置表現出了極好的能量密度（Ëd 18.60 Wh kg-1）在功率密度（Pd） 455 W kg –1。目前提出的具有優異結果的策略可用於超級電容器和其他高科技應用的生物質基超效能電極材料的新開發。
圖文導讀
方案 1. 玉米芯Fe/N Co摻雜 PCSs的合成方案,用於超級電容器應用
圖 1. (a) CCHC-Fe、(b) CCPC-Fe、(c) CCAC-Fe、(d) CCAC-Fe-M-25% 和 (e) CCAC-Fe-M-50 的 SEM 影象CCAC-Fe-M-50% 在 (f) 5900×、(g) 25 000× 和 (h) 390 000× 不同放大倍數下的 % 和 TEM 影象。
方案 2. (a) PCSs 的空間高效填充結構和 (b) 層堆疊多孔 碳結構的方案
圖2. (a) PCSs 的 XRD 和 (b) 拉曼圖譜，(c) CCAC-Fe-M-50% N 1s 的 XPS 光譜，以及 (d) CCAC-Fe-M 的 Fe 2p 的 XPS 光譜-50%。
圖3. 6 M KOH 中的三電極設定
圖4. 1M Na2SO4中的兩電極設定
文獻 :
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c01922
