热解燃料油升级再造高性能碳电极用于可持续对称超级电容器的研究

为解决石化副产品热解燃料油(PFO)资源化利用难题，Bilecik ?eyh Edebali大学团队创新性地通过溴化/脱溴化反应结合CO2活化工艺，将PFO转化为高性能超级电容器电极材料。该材料在H2SO4电解液中展现出83 mF·cm?2的面电容和5000次循环零衰减的优异性能，为石化废弃物高值化利用提供了新范式。

　　

随着全球能源结构转型加速，如何高效利用石化工业副产品成为可持续发展的重要课题。热解燃料油(Pyrolysis Fuel Oil, PFO)作为石脑油蒸汽裂解的副产物，富含芳烃但存在重加工难题，目前主要作为低值燃料使用，既造成资源浪费又加剧环境污染。与此同时，超级电容器因其高功率密度和快速充放电特性，在可再生能源存储领域备受关注，但其电极材料成本高、制备工艺复杂等问题制约着大规模应用。

Bilecik ?eyh Edebali大学的研究团队在《Sustainable Materials and Technologies》发表的研究，开创性地将PFO转化为高性能超级电容器电极材料。通过元素分析和质谱检测确认PFO含91.2 wt%碳和丰富芳烃结构后，研究人员采用溴化/脱溴化反应制备基础沥青，随后在N₂氛围下碳化并考察CO₂活化影响。制备的碳材料经拉曼光谱证实具有典型D带(1350 cm^?1)和G带(1550 cm^?1)，I_D/I_G比值显示20%溴比例处理的样品(PFOBr20)石墨化程度最佳。电化学测试采用CR2032型对称超级电容器构型，以KOH和H₂SO₄为电解液，通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)系统评估性能。

Characteristics of the precursor (PFO) and preparation of PFO-based carbons
研究首先通过飞行时间质谱(TOF-MS)揭示PFO主要成分为萘系和联苯系化合物，分子量集中在128-356 Da区间。采用溴化反应调控芳烃交联度，发现20%溴添加量可形成最优三维网络结构，经800°C碳化后比表面积达1120 m²·g^?1。

Raman spectroscopy
拉曼分析显示所有样品均呈现明显的D带(无序碳)和G带(石墨碳)，PFOBr20-N₂-CO₂材料的I_D/I_G比值为1.03，表明适度的结构缺陷有利于电荷存储。CO₂活化使微孔率提升37%，形成分级多孔结构。

Conclusion
电化学测试表明，PFOBr20-N₂-CO₂电极在H₂SO₄电解液中性能最优：10 mV·s^?1扫描速率下面电容达83 mF·cm^?2，0.5 mA·cm^?2电流密度下提升至133.5 mF·cm^?2；5000次循环后容量保持率100%，能量密度达47.4 μWh·cm^?2。EIS分析证实该材料具有极低的电荷转移电阻(<2 Ω)。

这项研究首次实现PFO向高性能储能材料的转化，建立的"溴化-碳化-活化"工艺具有原料成本低、步骤简单等优势。Ersin Yildiz等学者通过精准调控碳材料微观结构，不仅解决了石化废弃物的环境负担，更为大规模生产低成本超级电容器电极开辟了新途径。该成果对推动循环经济发展和清洁能源存储技术进步具有双重意义，为"废弃物资源化-能源材料"协同创新提供了典范案例。