西安建大:以橘子皮为原料制备N/S共掺杂蜂窝状碳，用于超级电容器

成果简介

锌离子混合超级电容器（ZHSCs）是新兴的电荷存储设备，继承了超级电容器和电池的许多优点。然而，诸如不理想的循环稳定性和低能量密度等问题亟待解决，这可以通过开发具有优良性能的阴极材料来实现。本文，西安建筑科技大学俞娟副教授团队在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Synergistic Effect of Nitrogen–Sulfur Codoping on Honeycomb-like Carbon-Based High-Energy-Density Zinc-Ion Hybrid Supercapacitors”的论文，研究以橙皮、KOH和硫脲为原料，通过活化掺杂工艺合成了N/S共掺杂的多级多孔橙皮碳（NS-OPC）。

原位光电子能谱和X射线衍射的结果表明，在充电和放电过程中分别存在-OH和Zn2+化学吸附和Zn4SO4(OH)6-5H2O。密度函数理论计算表明，双重掺杂可以促进Zn2+的化学吸附/解吸动力学，从而促进碳材料的电化学电荷储存。令人印象深刻的是，当用于组装ZHSCs时，该装置仍然具有53.9 Wh kg-1的能量密度，6063.75 W kg-1的高功率密度，以及10,000次循环后86.2%的容量保留。这项研究不仅为开发优良的C基电极材料提供了合理的技术，而且有助于了解杂原子掺杂的C材料的电荷储存过程。

图文导读

图1.NS-OPC合成示意图。

图2.（a、b）NS-OPC的SEM图像。（c、d）NS-OPC的TEM图像。（e） NS-OPC的元素映射结果

图3.NS-OPC、N-OPC 和 OPC 的表征

图4.NS-OPC//Zn ZHSCs的电化学性能。

图5.NS-OPC、N-OPC 和 OPC 电极在 ZHSC 中的电化学机理

图6、为了研究NS-OPCs在ZHSCs中的电荷存储机理，对不同充放电状态下的NS-OPC阴极进行了非原位XRD、XPS和拉曼表征。

小结

NS-OPC是通过热活化和掺杂技术制备的。共掺杂和分级多孔C基质的结合显示出快速的离子/电子转移特性，并促进了Zn2+的反应动力学。这项工作有助于开发用于ZHSC的C基材料，并为促进其实际应用提供了理论基础。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsaem.2c03311