近日，北京化工大学王峰教授/牛津副教授课题团队在《Chemical Engineering Journal》期刊（IF:16.744）上发表了题为“Biomass-derived carbon prepared through a quadruple-functional-salt approach for application in K-ion capacitors”的文章。该工作提出了一种简单高效、低成本的杂原子掺杂多孔碳的合成方法，为高性能钾离子电容器（KIC）电极的设计提供了新思路。

作为新一代的电化学储能器件，KIC因其低成本、高能量密度和高安全性等优势受到了广泛关注。电极材料是影响KIC性能的一个重要决定因素。具有高比表面积且兼具杂原子掺杂的多孔碳材料可显著提高KIC的整体性能，被认为是极具前景的KIC电极材料。然而，目前这类材料在合成方法上仍存在着效率低、环境不友好等问题，限制了该类材料的进一步应用。研究人员通过使用低成本的鱼鳞作为前驱体、水溶性K₃PO₄作为助剂，在鱼鳞预处理过程中利用K₃PO₄辅助水解提取胶原蛋白，在碳化过程中利用 K₃PO₄的活化、掺杂与模板作用，制备得到了P/N杂原子掺杂且具有蜂窝状分级多孔结构的碳材料。此外，详细研究并揭示了碳化温度对于材料形貌结构和化学成分的影响机制，并通过原位表征手段和DFT计算研究了碳材料作为KIC电极材料的储能机制。以优化的碳正极和碳负极组装成的KIC表现出了高能量密度（184.6 Wh kg^-1）、高功率密度（4.8 kW kg^-1）和长循环寿命（10000次循环后容量保持率为90%）。这项工作不仅为杂原子掺杂多孔碳的合成提供了新方法，而且为高性能KIC电极的设计提供了新思路。

北京化工大学材料科学与工程学院硕士生朱峰和曹玮珊为该论文共同第一作者，王峰教授和牛津副教授为本文共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研基金的资助。

文章信息：Feng Zhu#, Weishan Cao#, Weihao Song , Jiaying Peng , Na Yang , Jin Niu* , Feng Wang*.

Biomass-derived carbon prepared through a quadruple-functional-salt approach for application in K-ion capacitors. Chem. Eng. J. 2022, 449, 137561;

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722030480