低温常压等离子体辅助制备木材衍生分级多孔复合材料作为超级电容器的自支撑电极

本文创新性地采用介质阻挡放电（DBD）等离子体技术，在木材表面实现金属有机框架（MOFs）材料的快速原位生长，经碳化后获得兼具高比表面积（10.05F cm?2）和优异循环稳定性（40,000次循环后容量保持率93.76%）的分级多孔自支撑电极。该研究为绿色能源存储器件开发提供了新思路。

　　

Highlight

本研究首次将DBD等离子体技术应用于木材表面金属有机框架（MOFs）的原位快速生长，在环境条件下仅需1小时即可完成传统溶剂热法需12-24小时的结晶过程。通过等离子体产生的活性物种（高能电子、自由基等）显著加速Zn²⁺-N配位键形成，实现MOFs在木材孔隙中的高负载均匀分布。

Results and discussion

扫描电镜（SEM）图像显示（图2a-c），经等离子体处理的P-ZIF-8@W复合材料在木材纵向孔道内外均呈现高密度且均匀分布的ZIF-8晶体。这种三维贯穿式生长归因于等离子体对前驱体润湿性的提升及纤维素表面缺陷锚定位的创造。碳化后，MOFs衍生的氮掺杂碳与木材碳骨架形成互连导电网络，XRD显示更高石墨化程度。分级孔结构（大孔提供离子传输通道，微孔增加比表面积）与氮掺杂协同作用，使电极在2500 mW cm^?2功率密度下仍保持0.55 mWh cm^?2的能量密度。

Conclusion

该工作通过低温常压等离子体技术成功构建了ZIF-8衍生碳修饰的三维分级多孔木材碳电极。等离子体特有的局域加热和微对流效应不仅大幅缩短反应时间，还通过调控孔道结构和氮掺杂实现电容性能的突破，为新一代生物质基储能材料开发提供普适性策略。