稻壳粉末衍生的氮磷共掺杂多孔碳材料在超级电容器中的优异倍率性能研究

研究人员利用稻壳粉末和三聚氰胺聚磷酸盐成功合成了富含氮(N)、磷(P)杂原子的多孔碳材料(CMs-N/P-n)，显著提升了超级电容器的充放电性能。优化后的CMs-N/P-850在6 M KOH电解液中展现出593.1 F g-1的优异比电容（0.5 A g-1），且在20 A g-1高电流密度下仍保持46.2%的容量，其卓越性能源于独特的孔结构设计和N/P协同效应，为高性能储能材料开发提供了新思路。

　　

这项突破性研究将农业废弃物稻壳粉末与三聚氰胺聚磷酸盐巧妙结合，制备出具有丰富氮(N)、磷(P)杂原子掺杂的多孔碳材料(CMs-N/P-n)。通过精密表征发现，这些碳材料虽然整体呈现非晶态结构，但局部存在石墨化区域，拉曼光谱中I_D/I_G比值介于0.99-1.09之间。材料中的N元素主要以吡啶氮和吡咯氮形式存在，而P元素则通过P-C、P-O和P=O等多种化学键嵌入碳骨架。

在6摩尔每升的氢氧化钾(KOH)电解液中，经过850℃热处理的CMs-N/P-850样品展现出惊人的电化学性能：在0.5安培每克(0.5 A g^-1)的电流密度下，比电容高达593.1法拉第每克(593.1 F g^-1)。更令人振奋的是，即使电流密度提升40倍至20 A g^-1，其容量保持率仍达46.2%，展现出卓越的倍率性能。这种"快充快放"特性源于材料独特的三维孔道结构、优化的孔径分布以及N/P杂原子的协同作用——它们共同促进了氢氧根离子(OH^-)的快速传输，同时通过表面氧化还原反应贡献了可观的赝电容。该研究为开发低成本、高性能的生物质基储能材料开辟了新途径。