Self-templating synthesis of hierarchical porous carbon with multi-heteroatom co-doping from tea waste for high-performance supercapacitor

杂原子 超级电容器 碳化 材料科学 碳纤维 电化学 化学工程 电解质 热解 纳米技术 电极 有机化学 化学 复合材料 复合数 戒指(化学) 物理化学 工程类 扫描电子显微镜
作者
Qinghai Ma,Haitao Xi,Fang Cui,Jiajia Zhang,Peng Chen,Tieyu Cui
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:45: 103509-103509 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.est.2021.103509
摘要

Exploring porous carbon (PC)-based materials from low-cost, renewable precursors has always been a challenging objective, since they meet the demands of next-generation supercapacitors and electrochemical devices. Herein, hierarchical multi-heteroatoms co-doped PC (MHPC) materials are successfully achieved by the carbonization and activation of tea waste that used as the self-template. The natural structure of the tea leaves combined with the activation strategy favor the formation of special hierarchical MHPC materials, which are constructed by ultrathin MHPC nanosheets. In addition, the heteroatomic doped carbon derived from organic compounds in tea leaves can act as an ideal precursor to fabricate the resultant heteroatomic functionalized carbon nanosheets. Such heteroatoms content of carbon nanosheets are adjustable by altering pyrolysis condition to effectively enhance the electrochemical performance of PC. After activation by KOH, the as-prepared MHPC, especially MHPC-3 (weight ratio of KOH/pre-carbonized tea waste is 3:1) has a superior supercapacitance of up to 170 and 132 F g−1 at current density of 0.5 and 10 A g−1 in KOH electrolyte, and an excellent capacitance retention of ∼94.8% over 14,000 cycles at 3 A g−1. The result reported here provides valuable guidelines of high-performance energy storge devices from natural sources at the industrial scale.
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