榴莲壳衍生活性炭的γ辐照绿色合成：乙醇与乙二醇协同增强羧基功能化及石墨化以提升超级电容器性能

为解决高性能超级电容器电极材料开发难题，研究人员创新性地采用γ辐照结合乙醇(Et)/乙二醇(EG)清除剂对榴莲壳衍生活性炭(AC)进行绿色改性。结果表明：该方法显著提升材料羧基(–COOH)功能化程度（XPS/FTIR验证），石墨化率达ID/IG～0.85（Raman/XRD），比表面积达1271.4 m2 g?1（BET测试），最终获得266.7 F g?1超高比电容（CV/GCD验证），为生物质碳材料在能源存储领域的应用提供新范式。

　　

论文解读

在全球能源存储需求激增的背景下，超级电容器因其高功率密度、快速充放电等优势成为电池的有力替代品。然而，电极材料的性能瓶颈始终制约其发展——理想的材料需兼具高比表面积、可控孔隙结构和特定表面官能团。生物质衍生活性炭(AC)虽成本低廉且结构可调，但传统化学氧化法引入羧基(–COOH)等关键官能团时，往往伴随强酸污染和能耗过高问题。更棘手的是，过度功能化会导致孔隙塌陷（micropores向macropores转化）和导电性下降（sp³碳缺陷增加）。榴莲壳因其60.5%纤维素等高木质素含量成为优质碳前体，但如何绿色高效地实现其功能化与石墨化协同提升，仍是悬而未决的挑战。

来自泰国那空是贪玛叻府的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表突破性成果：他们首创γ辐照辅助乙醇(Et)/乙二醇(EG)清除剂体系，在室温下实现榴莲壳AC的羧基高效嫁接与石墨化增强。关键技术包括：1）硫酸催化水热碳化预处理；2）γ辐照剂量与清除剂类型调控（Et/EG捕获·OH自由基防止过氧化）；3）多尺度表征（XPS/FTIR分析官能团，FESEM观察形貌，BET/NLDFT测孔隙，Raman/XRD评估石墨化）；4）三电极体系电化学测试（CV/GCD/EIS）。

实验结果
表面化学特性：XPS显示辐照后–COOH占比显著提升，FTIR在1710 cm^?1处出现羧基特征峰，证实Et/EG清除剂可定向促进羧基化而非过度氧化。
结构演变：FESEM揭示清除剂类型导致形貌差异——EG组呈现更均匀的蜂窝状孔隙。N₂吸脱附曲线显示最优样品比表面积达1271.4 m² g^?1，且微孔率>80%，归因于辐照诱导的温和碳损失。
石墨化程度：Raman的D/G峰强度比(I_D/I_G)稳定在0.84–0.85，XRD的(002)晶面衍射峰尖锐化，证明清除剂协同辐照可促进sp²碳有序排列，且不受辐照剂量影响。
电化学性能：CV曲线在?0.2–0.8 V窗口呈现典型准电容行为，GCD测试显示266.7 F g^?1的比电容（1 A g^?1），EIS证实电荷转移电阻降低60%，归功于羧基的赝电容贡献与电解液浸润性提升。

结论与意义
该研究首次实现γ辐照-清除剂体系对生物质碳的双重优化：1）绿色合成路径避免强酸/高温，减少90%化学废物；2）羧基功能化与石墨化协同提升（–COOH增强电荷存储，sp²碳网络保障导电性）；3）清除剂类型可调控材料形貌与孔隙分布。这一策略为设计高性能超级电容器电极提供了新思路，其室温操作、易放大的特点更具工业化潜力。未来可探索其他生物质前体与多元清除剂组合，进一步优化成本与性能平衡。

（注：所有数据与结论均源自原文，专业术语如XPS=X射线光电子能谱，FTIR=傅里叶变换红外光谱等均在首次出现时标注）