灵芝衍生多孔碳负载纳米花球状金属氧化物用于超级电容器的储能应用

为解决金属氧化物基超级电容器循环稳定性差的问题，研究人员以废弃灵芝为碳源制备介孔碳(CGL )，通过水热法在其表面原位生长NiMoO4 /CoMoO4 纳米花球，获得NiMoO4 /CoMoO4 @CGL 复合材料。该材料在1 A g?1 下比电容达802 F g?1 ，组装的非对称超级电容器能量密度为23.6 W h kg?1 ，30,000次循环后电容保持率93.3%，较未负载材料提升26%。研究为生物质废料高值化利用及高性能储能器件开发提供新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，开发高效储能系统成为迫切需求。超级电容器（Supercapacitor）因其快速充放电、高功率密度等优势，在电子医疗设备、航空航天等领域广泛应用。然而，其能量密度低、循环稳定性差等瓶颈问题制约了进一步发展。金属氧化物（如NiMoO₄
/CoMoO₄
）虽具有高理论比电容，但体积膨胀导致的结构坍塌使其循环寿命不足。如何通过材料设计突破这一限制，成为研究者关注的焦点。

针对这一挑战，桂林电子科技大学的研究团队创新性地利用药用价值降低的废弃灵芝，通过活化-碳化工艺制备富含异质原子的多孔碳材料（C_GL
），并采用一步水热法在其表面原位生长NiMoO₄
/CoMoO₄
纳米花球，成功构建了NiMoO₄
/CoMoO₄
@C_GL
复合电极材料。相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。

研究团队主要采用以下技术方法：1）以灵芝为生物质前驱体，通过KOH活化结合高温碳化制备多孔碳C_GL
；2）通过水热反应在C_GL
表面原位生长NiMoO₄
/CoMoO₄
纳米结构；3）采用SEM/TEM表征材料形貌，EDX分析元素分布；4）通过循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）评估电化学性能。

结果与讨论
材料表征：SEM显示C_GL
具有丰富的介孔通道（图1），为金属氧化物提供了理想负载位点。TEM证实NiMoO₄
/CoMoO₄
纳米花球均匀分布在C_GL
表面及间隙（NiMoO₄
/CoMoO₄
@C_GL
-2），EDX图谱显示Ni、Co、Mo元素均匀分布。

电化学性能：在1 A g^?1
电流密度下，NiMoO₄
/CoMoO₄
@C_GL
-2比电容达802 F g^?1
，显著高于未负载材料。组装的非对称超级电容器（NiMoO₄
/CoMoO₄
@C_GL
-2//AC）能量密度为23.6 W h kg^?1
（功率密度825 W kg^?1
），且在10 A g^?1
下30,000次循环后电容保持率高达93.3%，较未使用C_GL
的对照组提升26%。

机制分析：C_GL
的多孔结构有效抑制了金属氧化物团聚，其天然富含的N、P等异质原子提供了额外活性位点，协同提升了电荷传输效率。此外，碳骨架的机械支撑作用缓解了充放电过程中的体积膨胀，从而显著改善循环稳定性。

结论与意义
该研究首次将灵芝衍生碳作为载体应用于超级电容器电极材料，通过巧妙的“生物质碳-金属氧化物”复合设计，实现了高比电容与长循环寿命的协同提升。其创新性体现在：1）变废为宝，为中药废弃物高值化利用开辟新途径；2）提出的原位生长策略可推广至其他过渡金属氧化物体系；3）无需额外掺杂即实现异质原子修饰，简化了制备流程。这项工作为开发低成本、高性能的生物质基储能材料提供了重要参考，对推动绿色能源发展具有积极意义。