《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Hierarchical porous carbon derived from water-soluble biomass for supercapacitors
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多孔碳材料通过熔盐法利用菊科植物水提醇沉废弃物制备，NaCl作为模板剂形成微孔与介孔复合结构，比表面积达634.1 m2/g，比电容达154.13 F/g，循环稳定性优异。
Xinyuan Wang|Jiahui Chen|Lin Tao|Ming Ma|Siyu Liu|Yue Zhang|Huaxu Zhu
江苏省中药制药工程研究中心，南京中医药大学，南京210023，中国
摘要
资源回收已成为全球关注的重点，这促使人们广泛研究废弃材料的潜在价值。在本研究中，利用Chrysanthemum indicum L.的水提取和酒精沉淀过程中产生的废弃物，制备出了具有优异电化学性能的层次状多孔碳材料。酒精沉淀物和NaCl均具有良好的水溶性，这有助于形成均匀的熔盐前体，并确保多孔碳中的孔结构均匀性。冷却后沉淀的NaCl形成立方晶体，这些晶体作为构建多孔碳中微孔的模板。同时，还形成了薄壁碳结构，引入了许多介孔缺陷。与未经处理的多孔碳（PCblank）相比，采用熔盐法制备的多孔碳（PCNaCl-3）具有更丰富的孔结构和更高的比表面积。PCNaCl-3的多级孔结构暴露出更多的活性位点，在0.5 A·g?1的电流密度下，其比电容达到了154.13?F·g?1，是PCblank的17倍。值得注意的是，在1 A·g?1NaCl-3//PCNaCl-3对称超级电容器仍保留了142.22%的初始比电容。本研究为制备具有电化学性能的多孔碳提供了思路，并为水溶性废弃物的资源利用提供了一种新方法。
引言
超级电容器是一种电能存储设备，与传统电容器和电池相比，它具有高功率密度、长循环稳定性和快速充放电速率[1]、[2]、[3]。它已被广泛应用于电动汽车、可再生能源存储和移动电子设备等领域。超级电容器的性能在很大程度上取决于其电极材料的性能。常见的电极材料包括碳材料、金属化合物和导电聚合物。多孔碳材料是超级电容器电极材料的重要研究对象[4]、[5]、[6]。它们的高比表面积、优异的电化学稳定性和良好的导电性有助于提高超级电容器的电化学性能。
来自生物质（如大豆、竹子、茶叶、棉花等）的多孔碳因其可再生性、易获取性和低成本而受到广泛关注[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。作为生物质的一种，中药（CHM）除了药用价值外，也可以用作碳源。Zhang等人将Salvia miltiorrhiza花的非药用部分碳化，得到了用于超级电容器电极材料的多孔碳，表现出良好的比电容和能量密度[13]。常见的碳源通常缺乏水溶性，这使得模板剂难以渗透，增加了孔形成的难度。
水提取和酒精沉淀（WEAP）方法是常用的从中药中提取活性成分的方法。酒精沉淀物通常包含淀粉、多糖、蛋白质和果胶等亲水性物质，因此具有良好的水溶性。在多孔碳的合成过程中，这些物质可以与模板剂均匀混合。在提取天然药物时，酒精沉淀物通常被作为废弃物处理[14]、[15]。Chrysanthemum indicum是一种常见的中药，属于菊科植物Chrysanthemum indicum L.的干燥头状花序。由于其具有清热解毒、泻火平肝的功效，它被广泛用于各种制剂中，如Huaju Penyan颗粒、Chrysanthemum indicum栓剂和复方Chrysanthemumindicum洗剂[16]、[17]、[18]。WEAP是提取Chrysanthemum indicum活性成分的常用方法。近年来，人们提出了许多重新利用中药废弃资源的方法，如制备有机肥料、用作饲料添加剂、回收活性成分、制备活性炭等[13]、[20]。其中，关于将中药废弃物转化为活性炭的报道主要集中在提取残渣和非药用部分，而将酒精沉淀废弃物作为碳材料前体的研究较少。
在本研究中，通过熔盐法利用Chrysanthemum indicum的酒精沉淀物制备了多孔碳，过程中未使用强酸或强碱。使用NaCl水溶液作为酒精沉淀物的溶剂，为获得均匀且丰富的多孔结构奠定了基础。与ZnCl2、H3PO4和KOH等常用试剂相比，NaCl更具经济性和环保性。多孔碳的形态通过SEM、TEM和拉曼光谱进行了表征。通过循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）研究了多孔碳的电化学性能。本研究为使用水溶性生物质制备超级电容器电极材料提供了一种新方法。
材料
Chrysanthemum indicum草药购自亳州中药切片厂，属于菊科植物。KOH（批号：20210203，分析试剂）购自中国药科大学化学试剂有限公司。NaCl（批号：151222504F，分析试剂）购自南京化学试剂有限公司。聚四氟乙烯（PTFE，60?wt%）购自上海Macklin生化技术有限公司。乙炔黑（分析级）购自
多孔碳的性能和结构分析
生物质可以在高温下碳化形成碳材料。WEAP是常用的提取植物活性成分的方法。酒精沉淀物通常由大分子组成，这些大分子具有良好的水溶性但在酒精中的溶解度较低，例如淀粉、果胶、蛋白质、多糖等。沉淀物的水溶性为通过熔盐法制备多孔碳提供了基础。图1是制备碳的过程示意图
结论
本研究成功利用Chrysanthemum indicum的酒精沉淀物和NaCl作为孔形成剂，获得了具有优异电化学性能的多孔碳材料。由于酒精沉淀物具有良好的水溶性，它可以与金属盐均匀混合，并通过熔盐法重塑形态。与PCblank相比，PCNaCl-3表现出更丰富的多层孔结构，比表面积为634.1?m2·g?1。
CRediT作者贡献声明
Xinyuan Wang：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Jiahui Chen：数据可视化，实验调查。Lin Tao：初稿撰写，数据分析。Ming Ma：结果验证。Siyu Liu：结果验证。Yue Zhang：资金获取，数据分析。Huaxu Zhu：资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了陕西中医药大学秦医药特色资源研究开发重点实验室开放项目（KF202335）的财政支持。
