【摘要】 通过X射线光电子能谱（XPS）测试不同碳材料表面元素的化学价，并对元素进行定量

SHC具有独特的宏观、介观和微孔结构共存的多孔结构，为Li+和Na+提供了便利的存储和传输通道。作为锂离子电池 (LIB) 的负极材料，SHC 具有优异的电化学可逆比容量（在 0.1 A g 1 下循环 100 次后为 690.9 mAh g 1 ，在 5 A g 1 下循环 500 次后为 229 mAh g 1 ）。

 

当用作钠离子电池（SIB）阳极时，SHC表现出优异的可逆比容量，在0.1 A g 1下经过100次循环后为505.8 mAh g 1，在5 A g 1下经过500次循环后为108 mAh g 1 。这项研究展示了一种从天然废料中合成具有优异电化学性能的 SHC 的 LIB 和 SIB 的简单策略。

 

Fig. 1. Raman and XRD patterns of GS-0, GS-1, GS-2 and GS-3.[1]

 

Table 1Elemental composition and ratio of the GS-0, GS-1, GS-2 and GS-3 samples (wt %).[1]

 

Fig. 2. (a) XPS full spectra of GS-0, GS-1, GS-2 and GS-3 samples; High resolution XPS spectra of S2p: (b) GS-1; (c) GS-2; (d) GS-3.[1]

 

如图1b所示，碳材料的光谱均显示出两个不同的特征峰：代表晶格缺陷的D带（1350 cm 1 ）和对应于晶格缺陷的G带（1590 cm 1 ）。到C原子sp2杂化物的面内伸缩振动峰。 D 和 G 带的峰强度比 (ID/IG) 表征了碳结晶度和结构无序程度。 GS-0、GS-1、GS-2和GS-3的峰强度比分别为0.90、0.93、0.95和1.03。

 

因此，随着S掺杂量的增加，碳材料的石墨化程度降低，并且S掺杂导致更多的结构缺陷，导致碳材料结构的无序性增加。无序的结构和大量的结构缺陷促进了Li+/Na+的嵌入和脱嵌以及许多Li+/Na+储存位点的产生。

 

通过X射线光电子能谱（XPS）测试不同碳材料表面元素的化学价，并对元素进行定量（表1）。如图2a所示，XPS测量谱在531.5 eV、284.6 eV和164.5 eV处显示三个主峰，分别代表O1s、C1s和S2p的特征峰位置。图2(b-d)给出了GS-1、GS-2和GS-3样品的高分辨率S2p光谱。

 

通过分析 S2p 区域的高分辨率光谱，可以分辨出 164.5 eV 和 163.0 eV 处的两个亚峰，分别代表 S2p3/2 和 S2p1/2 噻吩 S 的共价键。为了进一步确定S掺杂组分的状态，对SHC材料进行了TGA测试。然而，磺酸基（ACAS（O）xACA（x = 2-4））在168.0 eV处的峰可以忽略不计，表明氧化硫在高温碳化过程中分解，GS-中的硫原子1、GS-2和GS-3样品以噻吩型结构存在。 S掺杂改变了SHC材料的界面性质，从而提高了其电化学性能。所报道的 SHC 材料可以使用一种新颖的低成本方法获得，无需任何额外的处理或模板解决方案。

 

由于多层多孔结构的存在和S原子的掺杂，从甘蔗渣中获得的碳材料表现出优异的电化学性能。当用作锂离子电池负极时，GS-2样品在0.1 A g 1 下循环100次后保持了690.9 mAh g 1 的可逆比容量，在高电流密度（5克1）。对于SIB，GS-2碳材料在100次循环后在0.1 A g 1 下保持了505.8 mAh g 1 的可逆比容量，在500次循环后在高电流密度（5 A g 1 ）下保持了108 mAh g 1 的可逆比容量。

 

来自甘蔗渣的碳材料被证明是LIB和SIB的理想阳极，具有高可逆比容量和卓越的循环稳定性。方法不仅可以解决生物质废物处理问题，还可以产生有价值的功能性碳材料，这是能源存储领域的一项实用且值得关注的成就。

 

[1]Hongri Wan, Xiaofang Hu, Sulfur-doped honeycomb-like carbon with outstanding electrochemical performance as an anode material for lithium and sodium ion batteries, Journal of Colloid and Interface Science, Volume 558, 2020, Pages 242-250, ISSN 0021-9797,

 

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