Tailoring the pore architecture of cotton stalk-derived hard carbon by oxygen functional groups for enhanced sodium storage plateau capacity

碳纤维 化学工程 化学 高原(数学) 氧气 二氧化碳 吸附 高分子化学 材料科学 无机化学 纳米技术
作者
Hongyu Ning,Yonghui Zhang,Dongjiao Wang,Qingxuan Geng,Qingwei Li,Paul K. Chu,Kaifu Huo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:527: 171692-171692
标识
DOI:10.1016/j.cej.2025.171692
摘要

Hard carbon (HC) anodes with a high plateau capacity are crucial to sodium-ion batteries (SIBs). However, controlled construction of HC with a highly closed-pore structure and large plateau capacity remains a challenge. Herein, an oxygen-functional-group mediated strategy is described to tailor the porous architecture cotton stalk activated carbon (CSAC) for high-performance HC. Precise regulation of oxygen-containing functional groups in the porous CSAC precursor is achieved by a pre-oxidation treatment. During subsequent carbonization, these functional groups promote cross-linking and gas evolution, effectively suppressing graphitic domains stacking while generating abundant ultra-micropores. The pre-oxidized CSAC exhibits a larger specific surface area (711.4 m 2 g −1 ) and higher ultra-micropore volume than non‑oxygen-mediated activated carbon. After subsequent pore capping via chemical vapor deposition, the optimized HC (CSHC-Pre200) has a highly closed-pore volume (0.081 cm 3 g −1 ), and a small surface area (13.7 m 2 g −1 ). The resulting CSHC-Pre200 delivers exceptional sodium storage performance, such as a charge capacity of 412.5 mAh g −1 (with plateau capacity of 290.7 mAh g −1 ), initial Coulombic efficiency of 91.3 % and outstanding cycling stability. In situ Raman scattering confirms the pore-filling-dominating sodium storage mechanism. This work presents an innovative strategy of oxygen-mediated microporous reconstruction for developing high-performance hard carbons.
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