以菠萝叶为原料制备多孔碳/ZnCo-MOF复合材料，高性能超级电容器

摘要：电化学储能在很大程度上取决于电极材料的活性和稳定性。然而，由于金属有机框架（MOFs）的导电性较低，将其直接用作超级电容器电极材料面临着挑战。本文，西安建筑科技大学Sijing Zhang 等研究人员在《Phys. Chem. Chem. Phys》期刊发表名

1成果简介

电化学储能在很大程度上取决于电极材料的活性和稳定性。然而，由于金属有机框架（MOFs）的导电性较低，将其直接用作超级电容器电极材料面临着挑战。本文，西安建筑科技大学Sijing Zhang 等研究人员在《Phys. Chem. Chem. Phys》期刊发表名为“A composite of pineapple leaf-derived porous carbon integrated with ZnCo-MOF for high-performance supercapacitors”的论文，研究采用菠萝叶衍生生物炭（PLB）作为双金属 ZnCo-MOF的载体，通过800 °C原位生长和热解合成了复合ZnCo-MOF@PLB-800。PLB的高多孔结构缓解了ZnCo-MOF颗粒的聚集，从而提高了电子传输速率，改善了电极材料的导电性。

电化学测试表明，在电流密度为1Ag-1时，ZnCo-MOF@PLB-800的比电容为698.5Fg-1。组装后的非对称超级电容器（ASC）表现出了优异的比电容和电化学稳定性，在功率密度为 350Wkg-1 时可提供 35.85Wh kg-1 的高能量密度，并具有强大的循环稳定性，在循环8000次后仍能保持90.4% 的电容。这项研究将双金属MOFs与废弃生物质多孔碳有效地整合在电极材料中，既支持了储能应用，又实现了环境的可持续发展。

2图文导读

方案1、 ZnCo-MOF@PLB-800 的合成示意图。

图1、循环测试后（a）和（b）PLB、（c）和（d）ZnCo-MOF@PLB-800 和（e）ZnCo-MOF@PLB-800 的 SEM 图像，以及（f）ZnCo-MOF@PLB-800 的 EDS 元素图谱。

图2、 (a)-(c) ZnCo-MOF@PLB-800的TEM图像。

图3、 PLB 和 ZnCo-MOF@PLB-800 的 XRD 图样（a）、拉曼光谱（b）、氮吸附/解吸等温线（c）和孔径分布（d）。

图4、XPS survey spectrum (a) and (b) Co 2p, (c) C 1s, (d) N 1s, and (e) O 1s.

图5、(a) CV curves of ZnCo-MOF and ZnCo-MOF@PLB-800 at a scan rate of 20 mV s−1, (b) GCD curves of ZnCo-MOF and ZnCo-MOF@PLB-800 at 1 A g−1, (c) CV curves of ZnCo-MOF@PLB-800 at different scan rates from 5 to 200 mV s−1, (d) calculation of the b-value during charge–discharge processes from the relationship between the log v and log i for ZnCo-MOF@PLB-800, (e) the capacitive contribution ratio of the ZnCo-MOF@PLB-800 electrode at different scan rates, (f) GCD curve ZnCo-MOF@PLB-800 at different current densities, (g) EIS spectra of ZnCo-MOF@PLB-800, and (h) specific capacitance of ZnCo-MOF@PLB-800 at different current densities.

图6、(a) The CV curves of PLB and Zn/Co-MOF@PLB-800 at 20 mV s−1, (b) CV curves of PLB at different scan rates, (c) CV curves of Zn/Co-MOF@PLB-800 at different scan rates, (d) GCD curves of ZnCo-MOF@PLB-800//PLB from 1 A g−1 to 20 A g−1, (e) EIS spectra of ZnCo-MOF@PLB-800//PLB, (f) the specific capacitance values of ZnCo-MOF@PLB-800//PLB ASC at different current densities, (g) Ragone plots of the ZnCo-MOF@PLB-800//PLB ASC, (h) cycle stability and coulombic efficiency of ZnCo-MOF@PLB-800//PLB at 5 A g−1.

3小结

总之，利用菠萝叶衍生多孔碳和双金属 ZnCo-MOF 开发出了一种具有大比表面积和孔体积的高性能电极材料 ZnCo-MOF@PLB-800。菠萝叶多孔碳来源于一种经济的碳源，其多孔结构可作为 MOF 的载体，为电解质离子扩散提供丰富的途径，同时防止 MOF 颗粒聚集。双金属成分引入了额外的电化学反应位点，增强了假电容。值得注意的是，PLB 和 Zn/Co-MOF 的协同整合进一步改善了材料的电化学性能。在 1 A g-1 的条件下，ZnCo-MOF@PLB-800 的比电容为 698.5 F g-1，这有助于提高组装 ASC 的电容和电化学稳定性。在功率密度为 350 W kg-1 时，能量密度达到 35.85 W h kg-1，8000 次循环后电容保持率为 90.4%。这种优异的电化学性能归功于 PLB 和双金属 Zn/Co-MOF 之间的协同作用。该研究提出了一种利用生物质和 MOFs 开发复合材料的可行方法，符合储能应用的可持续发展战略。

文献：