重结晶介导丝瓜络衍生介孔主导碳材料在超级电容器中的应用研究

《Biomass and Bioenergy》：Recrystallization-mediated loofah sponge-derived carbon with mesopore dominance for supercapacitor

本文提出了一种创新策略，通过海藻糖填充丝瓜络三维多孔结构并协同KOH活化，成功制备出介孔主导的高比表面积碳材料（SSA达3188.54 m2 g?1）。该材料在超级电容器（SCs）中展现出卓越的电化学性能（三电极体系319.0 F g?1）和循环稳定性（10000次循环后104.3%容量保持率），为生物质衍生碳材料的绿色制备提供了新思路。

　　

Section snippets

Material

丝瓜络和食品级海藻糖均本地采购。其他材料包括聚四氟乙烯（PTFE）制剂（60 wt%，麦克林公司）和氢氧化钾（KOH，99.999%，阿拉丁生化科技公司）。所有化学品均直接使用。

Preparation of loofah-trehalose porous carbons

如图1所示，丝瓜络首先用去离子水彻底清洗，随后在60°C下完全干燥12小时。然后将其粉碎为小于0.5厘米的纤维。纤维与海藻糖按特定质量比混合后，通过水溶液浸渍和高温重结晶处理，最终经KOH活化获得多孔碳材料。

Structural and morphological characterization

通过N₂吸附-脱附等温线和密度泛函理论计算的孔径分布（PSD）结果如图3和表1所示。所有等温线在低相对压力（P/P₀ ≤ 0.1）下均呈现陡峭上升趋势，表明存在大量微孔。当P/P₀超过0.4时，除LTC(0–1)样品外，其余曲线均出现介孔填充特征引起的滞后环，证实海藻糖填充有效促进了介孔形成。

Conclusion

综上所述，通过KOH活化海藻糖填充的丝瓜络成功制备出三维多孔碳材料。海藻糖的重结晶在纤维表面和内部构建了新结构，显著提升了介孔比例、总孔容（1.65 cm³ g^?1）和平均孔径（2.38 nm）。优化样品LTC(1–0.6)在超级电容器中表现出优异的比电容和循环稳定性，为生物质碳材料的孔结构调控提供了绿色高效的解决方案。