氮硼共掺杂纳米多孔单宁衍生碳电极提升电化学电容器性能的研究

本文通过水热碳化(HTC)结合CO2活化技术，系统研究了氮(N)和硼(B)掺杂对单宁衍生碳材料电化学性能的影响。研究发现，氮掺杂显著提升了比电容（42 F?g?1@0.5 A?g?1）和倍率性能（74%@40 A?g?1），XPS分析揭示氮官能团和醌基通过增强法拉第相互作用提升电荷存储，而羧酸基团会抑制双电层形成。该研究为开发高性能可持续电极材料提供了新思路。

　　

亮点

• 水热法成功将N/B掺入单宁碳基质

• 所有CO₂活化样品具有相似比表面积(~1200 m²?g^?1)

• 氮掺杂材料展现最佳电容保持率(74%@40 A?g^?1)

材料形貌特征

氨水和硼酸水热处理的单宁衍生材料（N4THC/N8THC和B4THC/B8THC）形貌如图1B-E所示。补充材料图S1显示所有样品具有高度均一的粒径分布（<75 μm），这种特性非常有利于构建均匀的电极结构。

结论

水热法在单宁中成功引入的N/B元素能耐受800°C碳化和CO₂活化，最终材料分别保留3.5wt%氮和2.3wt%硼。未掺杂活化碳（THC）虽然具有最高比表面积，但电化学性能逊于掺杂样品，证明表面化学修饰比单纯提高比表面积更能有效改善电容性能。氮掺杂样品表现出优异的综合性能，其醌基和吡啶氮协同作用显著提升了电荷存储能力。