杏籽种皮废弃物衍生硬碳包覆钴硫属化物：高性能钠离子电池负极材料的设计与性能研究

本文系统研究了以废弃杏籽种皮(WAST)生物质为碳源，通过硬碳(HC)包覆钴硫属化物(Co3O4/Co9S8/Co3Se4)构建钠离子电池(SIBs)负极材料。研究表明，Co3Se4@HC-WAST复合材料在5 A g?1高电流密度下循环750次后仍保持307.8 mAh g?1的可逆容量，展现出优异的循环稳定性与倍率性能，为生物质碳基复合能源材料开发提供了新策略。

　　

材料合成

如图1所示，以杏籽种皮(WAST)生物质为原料合成硬碳包覆钴硫属化物(Co₃O₄@HC-WAST、Co₉S₈@HC-WAST、Co₃Se₄@HC-WAST)负极材料的工艺流程如下：

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  HC-WAST合成：首先将WAST粉末洗涤并在80°C下干燥，随后置于管式炉中，在氩气氛围下以5°C/分钟的升温速率在800°C碳化1小时。
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  Co₃O₄@HC-WAST合成：将1.0克WAST粉末浸渍于1克氯化钴水溶液中，通过溶剂热法处理后在空气氛围下进行热处理，使Co₃O₄纳米颗粒均匀锚定于硬碳骨架。

材料表征

从图1可知，HC-WAST、Co₃O₄@HC-WAST、Co₉S₈@HC-WAST和Co₃Se₄@HC-WAST材料的制备流程包含连续的一步或两步反应。第一阶段采用溶剂热法生成CoCl₂@WAST前驱体；第二阶段通过在特定氛围（氮气、空气或氩气-氢气混合气）中高温热解前驱体，最终形成目标复合材料。热解温度的控制对材料晶体结构与电化学性能具有决定性影响。

结论

本研究通过水热合成与碳化工艺，成功开发了基于WAST生物质硬碳负载钴硫属化物纳米颗粒的新型复合体系。Co₃O₄、Co₉S₈和Co₃Se₄纳米颗粒通过碳层包覆有效缓解了充放电过程中的体积应变，并抑制了颗粒团聚。其中Co₃Se₄@HC-WAST展现出314.2 mA h g^?1的优异放电容量，其协同效应为高性能钠离子电池负极材料设计提供了新思路。