竹材生物质的生物预处理，旨在构建用于高倍率钠储存的层次化碳结构

《Journal of Materials Chemistry A》：Biological pretreatment of bamboo biomass toward hierarchical carbon architectures for high-rate sodium storage

本研究利用白腐真菌预处理竹材，选择性去除木质素和半纤维素，破坏纤维素氢键网络，降低结晶度，形成缺陷丰富的无定形矩阵。碳化后得到具有弯曲类石墨结构域和封闭纳米孔隙的 hierarchical 体系，显著提升离子扩散与吸附能力。优化硬碳阳极在30 mA g?1电流密度下首次库仑效率91.25%，循环稳定性达66.7%，优于多数生物质碳材料，并成功应用于全电池和柔性电池原型。

　　

钠离子电池（SIBs）需要可持续的阳极材料来克服锂资源的限制。竹子是一种生长迅速且具有层次结构的生物质，有望作为硬碳（HC）阳极的前体材料。然而，传统的碳化方法难以优化其刚性晶体结构。在这里，我们提出了一种利用白腐真菌（Trametes versicolor）进行生物预处理的碳化耦合策略，实现了选择性的木质素去除和半纤维素脱除。这一酶促过程破坏了纤维素之间的氢键网络，降低了其结晶度，并生成了富含缺陷的非晶态结构。在碳化过程中，经过预处理的前体材料形成了具有弯曲类石墨烯结构域和封闭纳米孔的层次化结构，从而显著增强了离子的扩散和吸附性能。优化后的硬碳阳极在30 mA g^?1的电流密度下表现出336 mAh g^?1的可逆容量，初始库仑效率为91.25%，经过1000次循环后容量保持率为66.7%。全电池和柔性软包电池原型在200次循环后的循环稳定性分别达到了约80%和77%，性能优于大多数生物质衍生的碳材料。这项工作展示了一种基于生物降解引导的碳工程可持续策略，为利用生物质资源设计先进碳材料提供了新的见解。