编辑推荐：将生物质废物转化为功能性碳材料是一种环境友好的解决方案，是材料领域在可持续发展的背景下的重要研究方向。在本文中，作者报道了使用废弃灵芝粉通过两步碳化和碱活化工艺制备具有较高比表面积的类红细胞多孔碳材料（PCMs）的方法。将这类材料作为锂硫电池的电极可以使锂硫电池表现出高电容量，还可以表现出高容量保持率和库伦效率。
将生物质材料和废弃物合理转化为功能材料是处理日常生活、制造业和农业产生的生物材料和废弃物的一种环境友好和可持续的选择，基于生物质的材料已在许多实际应用中得到应用。另一方面，多孔碳材料（PCMs）由于高比表面积、可调制的化学组分和高电导率，非常有利于能量存储与转换相关的应用。
基于上述背景，来自华侨大学、中科院海西研究院、伦敦大学学院、哈佛大学和麻省理工学院组成的联合团队利用废弃灵芝粉作为原料制备出可以应用于锂硫电池电极制造的新型PCMs，有效解决了锂硫电池活性材料损失、循环寿命差和库仑效率低等问题。相关论文以题为“Ganoderma Lucidum-derived erythrocyte-like sustainable materials”发表在Carbon上。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622322003128
作者通过将废弃灵芝粉高温碳化再活化后制备出PCMs。在SEM下，灵芝粉碳化产物呈现出多孔的类红细胞形态。丰富的孔洞不仅为复合阴极的制备提供足够的空间，并在阴极中提供有效的离子传输通道。
N2吸附BET表明，该材料的比表面积最大2400m2/g，进一步的结果分析表明， 将废弃灵芝粉经过高温碳化和KOH活化后可以形成丰富的微孔和介孔结构。优秀的孔隙性质为减小LSBs的“穿梭效应”提供了坚实的结构基础。XPS和拉曼分析证实了该多孔材料中富含N掺杂的芳环结构和石墨相结构，大规模的π共轭结构有利于提高LSBs的电子传输效率。
利用熔融扩散法将PCMs硫化，制备成LSB的正极电极，可以获得电化学性能优异的LSBs。其出色的电化学性能主要归因于来自灵芝的PCMs材料的独特微纳米结构。首先，丰富的自掺杂极性元素和高比表面积可以通过化学结合和物理限制的协同作用有效锚定多硫化物。其次，丰富的分级孔隙为硫正极在循环过程中的体积膨胀提供了足够的空间，提高了电极的循环稳定性。第三，高石墨化程度可以显着提高阴极的电子转移效率。
本工作通过对真菌生物质——灵芝，进行高温碳化和KOH活化，获得了一种具有大比表面积（2407.5m2 g-1）的N、O自掺杂多孔碳材料并进行了XPS、拉曼和SEM等表征充分解析了材料的结构和形态。结果表明，该材料丰富的极性元素掺杂、具有足够空腔的多孔结构以及高石墨化程度均有利于显着提高的电化学性能。由核心样品制备的 LSBs 正极在0.1C时可达到1367.8 mA g-1的放电容量。300次循环后放电比容量可保持72.3%，库仑效率保持在99%以上。
此外，由于富N、O自掺杂和多孔结构的协同作用，LSBs的“穿梭效应”已通过与多硫化物的化学键合和物理限制得到有效抑制。该工作对环境友好，显示出生物质碳材料在能源、催化、医疗等相关领域的实际应用潜力巨大，同时也为废弃生物质的高价值利用提供了全新思路。（文：文和）
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