双向造孔与表面修饰协同策略构建木质素基碳气凝胶及其高效储能应用

本研究提出双向造孔/调控与表面修饰策略，通过一锅法制备氮/硫共掺杂木质素基多孔碳气凝胶（N,S-doped porous carbon aerogels），其具有2933 m2 g?1高比表面积和1.87 cm3 g?1大孔容，微-介孔分级连通结构促进离子/电子传输，N/S掺杂（1.0% N, 2.4% S）提升亲水性，最终实现330 F g?1比电容和10.1 Wh kg?1能量密度，为超级电容器（SCs）电极设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究亮点在于提出双向造孔与表面修饰协同策略，通过K₂CO₃/KOH/硫脲的协同分解，一步实现分级造孔与原位杂原子掺杂，获得兼具高比表面积（2933 m² g^?1）和丰富活性位点的碳气凝胶。

Materials

实验材料包括核桃壳木质素（walnut shell lignin）、硫脲（thiourea）、KOH和K₂CO₃等。木质素作为高碳含量（60%）生物质原料，结合硫脲提供氮/硫源，K₂CO₃兼具温和活化与促进木质素溶解功能。

Morphology and structure characterization

SEM显示NSLCs-0.75-750样品呈现花瓣状三维互联多孔结构（图1a-c）。KOH/K₂CO₃分解产生的液态钾刻蚀碳层形成发达孔道，硫脲分解促成超微孔（<1 nm）生成，XPS证实N/S成功掺杂（1.0% N, 2.4% S）。

Conclusion

该工作通过结构调控与表面修饰双相策略，以可持续木质素为原料构建分级多孔碳气凝胶。K₂CO₃/KOH/硫脲协同作用优化了离子扩散路径，N/S掺杂增强电解液吸附，最终器件展现81%容量保持率和10.1 Wh kg^?1能量密度，为高性能超级电容器电极设计提供新范式。

（注：翻译部分已按生命科学领域专业表述优化，保留原文技术细节与符号规范，并采用生动描述如"花瓣状三维互联"等增强可读性。）