包括电池，超级电容器和燃料电池在内的电化学能源设备是一种可靠而实用的技术，其中碳基电极材料在提高性能方面起着关键作用。因此，已经广泛地探索和开发了这些碳基材料的来源和合成。在各种碳基材料中，生物质衍生的碳材料和相应的复合材料已被公认为能够在锂离子电池和超级电容器中通过结合有利的孔结构和杂原子掺杂而具有高容量，增强的倍率性能和延长的循环稳定性。此外，生物质基碳材料作为聚合物电解质膜燃料电池的催化剂载体材料，可以显著提高阴极氧还原反应的活性和稳定性。

有鉴于此，上海大学张久俊院士、福州大学于岩教授和东莞理工学院王严杰教授等人，综述了用于锂离子电池、超级电容器和聚合物电解质膜燃料电池的生物质衍生纳米结构碳及其复合材料的研究进展。

本文要点

1）介绍了纳米结构碳材料的基本特性，概述了生物质碳材料及其复合材料的制备方法，并系统总结了生物质碳及其复合材料在锂离子电池，超级电容器和质子交换膜燃料电池上的应用。文章最后总结了生物质碳及其复合材料在电化学能源技术上应用目前面临的挑战，并展望了其未来的应用前景。

2）由于天然丰度，可持续性，可再生性，形态和结构等重要优势，生物质材料已成为制造高级碳材料及其复合材料的有前途的候选者，用于开发用于电化学能源设备（如LIB，SC和PEMFC）的高性能电极材料。对于源自生物质的纳米结构碳材料，其足够的电导率，可调节的物理/化学性质和高表面积使它们不仅有希望成为在LIB和SC中进行电化学反应的活性材料，而且还可以作为Pt-PEMFC ORR电催化剂中的合金纳米颗粒的载体材料，使这些材料在确定器件性能方面起着至关重要的作用。通过选择合适的生物质前体，结合简单的合成策略，通常可以获得具有不同结构(如形貌、孔隙几何形状和表面积) 和多样化表面或网络特性（例如杂原子掺杂）的生物质衍生的纳米碳材料，用于特定的能源应用。

3）关于这一重要领域，着重强调了以下几个方面：（1）为了获得理想的生物质衍生的碳材料或其具有可控制的结构和形态的复合材料，可以合理地将合成方法相互结合。（2）作为锂离子电池阳极材料，生物质衍生的纳米结构碳材料通常可以提供高容量，因为它们相应的生物质源本来就具有有利于LIB阳极内电荷存储和运输的理想分子结构和结构。此外，杂原子的掺杂会产生缺陷，增加可用的活性位点并调节电子和化学特性，从而增强LIB阳极的电化学反应。（3）源自生物质的纳米结构碳材料的互连多孔网络可提供多维电子传输路径，并缩短电极与电解质之间的传输距离，这对于提高能量密度的SC必不可少。（4）源自生物质的纳米结构碳材料具有较大的比表面积，含氧的表面官能团和大量的缺陷，可以提供更多的活性位点，不仅可以作为具有高电催化活性的直接ORR催化剂，而且可以作为高效的Pt载体材料（5）将电催化组分或活性材料组分（例如过渡金属氧化物，碳化铁或石墨烯）引入生物质衍生的碳材料中以扩大两种不同组分之间的协同催化作用是有效的方法。

参考文献：

Xiaofu Tang et al. Research advances in biomass-derived nanostructured carbons and their composite materials for electrochemical energy technologies. Progress in Materials Science, 2020.

DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100770

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100770