甜菜糖蜜衍生的MoS2 修饰活性炭用于高性能超级电容器的研究

　　本研究针对超级电容器（SCs）电极材料能量密度不足的问题，通过水热法将农业废弃物甜菜糖蜜转化为高比表面积（1443 m2 g?1 ）活性炭（AC），并负载1T/2H混合相MoS2 ，制备出AC-MoS2 复合材料。该材料在1 A g?1 电流密度下展现1873.9 F g?1 的高比电容，组装的非对称器件能量密度达35.7 Wh kg?1 ，循环稳定性优异（10,000次循环后容量保持率88.6%），为生物质碳基储能材料开发提供新思路。

　　

在全球能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效清洁的储能技术已成为当务之急。超级电容器（SCs）因其功率密度高、循环寿命长等优势备受关注，但其能量密度远低于电池的短板始终制约着实际应用。传统电极材料如纯碳基双电层材料（EDLCs）虽稳定性优异，却受限于电荷存储机制；而过渡金属硫化物（如MoS₂
）虽可通过法拉第反应（Faradaic redox）提升容量，但导电性和结构稳定性往往不足。如何通过材料设计兼顾高容量与长寿命，成为突破SCs性能瓶颈的关键。

针对这一挑战，来自埃及科学团队的研究人员独辟蹊径，将目光投向农业废弃物——甜菜糖蜜。这种制糖工业副产品富含碳源且成本低廉，通过水热碳化与化学活化可转化为高比表面积活性炭（AC）。更巧妙的是，研究者引入四硫代钼酸铵（ATM）作为前驱体，在AC表面均匀生长出兼具金属性1T相与半导体性2H相的MoS₂
纳米结构。这种"生物质碳基底+混合相MoS₂
"的协同设计，最终催生出一款性能卓越的复合电极材料，相关成果发表在能源领域权威期刊《Fuel》上。

研究团队采用多尺度表征与电化学测试相结合的策略：通过拉曼光谱（Raman）确认MoS₂
的1T/2H混合相特征峰（如2H相的E¹
_2g
峰376 cm^?1
与1T相的J₁
峰147 cm^?1
）；利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）揭示AC的三维多孔结构及MoS₂
的均匀分布；采用氮气吸附测试量化材料的超高比表面积（1443 m²
g^?1
）；最后通过循环伏安（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）系统评估电极性能。

研究结果

1. 材料结构与形貌
   AC-MoS₂
   复合材料展现出分级多孔结构，AC的介孔/大孔网络为电解液渗透提供快速通道，而1T相MoS₂
   的高导电性与2H相的丰富活性位点协同优化电荷传输与存储。

2. 电化学性能
   在三电极体系中，AC-MoS₂
   在1 A g^?1
   电流密度下实现1873.9 F g^?1
   的超高比电容（对应电荷量729.4 C g^?1
   ），远高于纯AC材料。组装的AC-MoS₂
   //AC非对称器件能量密度达35.7 Wh kg^?1
   （功率密度1015 W kg^?1
   ），性能优于同类研究（如文献报道的MoS₂
   @CdS@GO三元材料40.69 Wh kg^?1
   ）。

3. 循环稳定性
   经过10,000次充放电循环后，器件容量保持率高达88.6%，库伦效率始终维持100%，证明混合相MoS₂
   与AC的稳定结合有效抑制了材料结构退化。

结论与意义
该研究通过"农业废弃物资源化+混合相工程"的创新思路，成功开发出性能优异的AC-MoS₂
复合电极。1T相MoS₂
的金属导电性加速电子传输，2H相的层状结构提供丰富氧化还原位点，而AC的三维多孔骨架既缓解MoS₂
的体积膨胀又确保离子快速扩散。这种多组分、多尺度协同策略不仅为高性能SCs电极设计提供新范式，更开辟了农业废弃物高值化利用的新路径。未来通过优化MoS₂
负载量与相比例，或可进一步突破SCs的能量密度极限，推动其在电动汽车、智能电网等领域的实际应用。