随着全球人口的爆炸式增长，世界范围内的能源消耗越来越受到人们的关注。化石燃料的广泛使用不仅导致其耗竭，还带来了严重的环境问题，如全球变暖、空气污染、酸雨等。因此，对水电、潮汐能、太阳能等绿色可持续能源的开发非常重要。然而，这些可再生能源存在间歇性问题，高效的储能技术是实现实际应用中连续可靠供电的理想方法。在各种电化学能量存储设备中，钠离子电池、锂-硫电池和超级电容器显示出巨大的潜力并吸引了学者们广泛的研究兴趣。设备的性能主要取决于所用的电极材料，因而开发高性能的电极材料具有特殊的意义。生物质衍生碳材料因其天然的结构多样性，易控制的物理化学性能，丰富的来源，环境友好和低廉的成本，已成为极具潜力的电极材料。

有鉴于此，西北工业大学的黄维院士和南京工业大学的朱纪欣教授等人，综述了电化学能量存储中生物质衍生碳材料的结构调控工程研究进展。

本文要点

1）首先探讨了生物质衍生碳材料的类石墨结构、层级孔结构、表面官能团结构、异质原子掺杂结构和复合结构的调控方法，分析讨论了生物质衍生碳材料在电化学能量存储设备中所存在的存储位点少与扩散动力学差等问题和潜在的解决方案，并对未来的发展方向提出展望。

3）生物质衍生碳的调控工程虽然能够有效解决电化学能量存储设备中存储位点少与扩散动力学差的问题，然而仍存在着一些挑战：（1）生物质衍生碳的形貌结构决定于生物质前驱体的选择。（2）合成高度有序的类石墨结构会导致所得材料的比表面积与层间距减小，无定形碳区域和表面官能团减少等问题。（3）分层孔结构的获得通常借助活化过程，而活化过程得到的高比表面积会增加表面不可逆反应，从而导致低的初始库伦效率。（4）目前研究大多集中在氮掺杂及其共掺杂方面，应扩展到其他原子的共/多掺杂。（5）如何提升生物质衍生碳与高容量化合物间的复合界面强度。（6）探索简单、高效且可大规模生产的合成技术。

参考文献：

Ruizi Li et al. Structure Engineering in Biomass-Derived Carbon Materials for Electrochemical Energy Storage. Research, 2020.

DOI: 10.34133/2020/8685436

http://doi.org/10.34133/2020/8685436