S/O双掺杂碳纳米结构界面缺陷工程在钠离子混合电容器中的突破性应用

本文系统阐述了S/O双掺杂多孔碳（SOPC-3）的界面缺陷工程策略，通过调控S/O比例引入丰富吸附位点，显著提升钠离子混合电容器（SIHCs）的储能性能。研究表明S/O共掺杂可促进Na+的可逆吸附-脱附过程，配合分级孔道结构实现396.7 mAh g?1的高容量和10 A g?1下3500次循环的优异稳定性，为高性能碳基储能材料设计提供了重要理论指导。

　　

亮点

通过调控S/O比例和引入丰富吸附位点，成功合成S/O共掺杂多孔碳（SOPC-3）。电化学测试表明，SOPC-3在1 A g^?1下具有396.7 mAh g^?1的高Na⁺存储容量，在10 A g^?1的电流密度下经过3500次循环后仍保持192.7 mAh g^?1。结合理论计算和材料表征分析，优异性能归因于S/O共掺杂促进了Na⁺的可逆吸附-脱附过程，丰富的孔结构提供了更多离子扩散路径。

结果与讨论

通过将升华硫与酯化淀粉（ES）的质量比从1:1调整到1:4来控制初始硫含量，随后进行3小时球磨以确保均匀混合。图S1显示了SOPC-0和SOPC-3的宏观形貌。与SOPC-0相比，硫掺杂的SOPC-3呈现疏松多孔结构。使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对制备材料的微观结构进行表征。SOPC-0（图2a–c）呈现无定形、壳状结构，表面光滑平坦。

结论

总之，本研究提出了一种通过酯化淀粉直接热解和原位掺杂合成具有大比表面积和最佳层间距的S/O共掺杂多孔碳的简单方法。通过调节硫含量，进一步引入了合理的缺陷和Na⁺存储活性位点。正如预期，SOPC-3负极表现出卓越的电化学性能，在10 A g^?1下经过3500次循环后仍保持192.7 mAh g^?1的容量。材料表征和理论计算表明，S/O共掺杂有效调节了碳材料的电子结构，增强了Na⁺的吸附能力，并提供了快速的离子扩散通道。同时，K₂CO₃辅助KOH活化沥青（KAC）正极表现出优异的倍率性能和循环稳定性。组装的钠离子混合电容器（SOPC-3//KAC）在140 W kg^?1的功率密度下展现出104.2 Wh kg^?1的高能量密度。该工作为设计高性能碳基储能材料提供了新的思路。