钾铁草酸盐介导酸枣仁衍生分级多孔石墨化碳的同步活化制备及其高性能超级电容器应用

【编辑推荐】针对传统KOH活化法环境危害大、生物质碳材料电化学性能不足的问题，中国科学院团队创新性采用K3 [Fe(C2 O4 )3 ]作为双功能活化剂，实现酸枣仁生物质碳的同步石墨化与活化。所得材料（SZAC-3）具有912.95 m2 ·g?1 超高比表面积和215 F g?1 比电容，循环5000次容量保持率达96.15%，为绿色高性能超级电容器电极材料开发提供新范式。

　　

随着全球能源结构转型加速，超级电容器(Supercapacitors, SCs)因其功率密度高、循环寿命长等优势成为储能领域的研究热点。然而，传统碳基电极材料受限于能量密度低、制备过程污染大等瓶颈，尤其是强腐蚀性活化剂KOH的使用带来严峻环境挑战。如何通过绿色工艺开发生物质衍生高性能碳材料，成为突破该领域"卡脖子"难题的关键。

中国科学院团队在《Journal of Energy Storage》发表的研究中，创新性地选择药用植物酸枣仁(Semen Ziziphi Spinosae, SZS)为碳源，利用钾铁草酸盐(K₃
[Fe(C₂
O₄
)₃
])的双重功能，首次实现生物质碳的同步活化与石墨化。该工作通过热解过程中K₂
C₂
O₄
的温和活化和FeC₂
O₄
的催化石墨化协同作用，成功制备出具有分级孔道结构的高导电性碳材料，为生物质资源高值化利用提供了环境友好型解决方案。

关键技术包括：1) 酸枣仁在400°C氩气氛围下的预碳化处理；2) 钾铁草酸盐介导的700°C同步活化-石墨化反应；3) 通过N₂
吸脱附、XRD、Raman等手段系统表征材料孔隙结构与石墨化程度；4) 三电极体系测试电化学性能。

【材料结构与形貌分析】
研究团队通过SEM/TEM观察到SZAC-3呈现三维互联的蜂窝状多孔结构，BET测试证实其具有912.95 m²
·g^?1
的超高比表面积，其中微孔(<2 nm)占比58.7%，介孔(2-50 nm)占41.3%。XRD显示材料具有典型石墨碳(002)晶面衍射峰，Raman光谱中I_D
/I_G
=0.89表明高度有序的石墨微区形成。

【电化学性能】
在6 M KOH电解液中，SZAC-3电极展现出215 F g^?1
(0.5 A g^?1
)的优异比电容，20 A g^?1
大电流下循环5000次后容量保持率高达96.15%。组装的对称超级电容器能量密度达9.44 Wh kg^?1
，功率密度为250 W kg^?1
，性能优于多数报道的生物质碳材料。

【结论与意义】
该研究开创性地将钾铁草酸盐应用于生物质碳材料的同步改性与活化，既解决了传统KOH活化法的环境问题，又通过铁催化石墨化显著提升了材料导电性。酸枣仁作为新型碳前驱体的成功开发，为药用植物资源的高值化利用开辟新途径。这项工作为绿色合成高性能储能材料提供了普适性策略，对推动可持续能源存储技术发展具有重要指导意义。