近日,中南林业科技大学吴义强院士、万才超教授团队携手澳大利亚昆士兰大学与日本名古屋大学,在木质素基硬碳负极材料研发上取得重要突破。该团队创新性地将“超微孔限域”与“电子态调控”相结合,协同提升了钠离子电池的综合性能。研究以造纸工业副产物——木质素磺酸钠为原料,通过预氧化诱导交联与优化热解工艺,成功制备出氮/硫共掺杂硬碳微球(N‑S@HDM)。预氧化过程有效抑制了石墨微晶的有序排列,形成更宽的碳层间距和以闭孔为主导的微观结构(1300 °C下闭孔比例达94.27%)。这种高度互联的三维网络(连通因子fa = 0.85)不仅通过超微孔限域作用缩短了离子扩散路径、改善了反应动力学,也为钠离子提供了丰富的存储位点。理论计算进一步揭示,氮、硫双掺杂可优化碳骨架的电子结构,增强电子离域,降低电荷转移阻抗,并形成高密度活性位点,从而显著提升材料的储钠能力。基于上述协同设计,所制备的N‑S@HDM负极表现出90.6%的高首次库仑效率与401.5 mAh g−1的可逆比容量(0.03 A g−1),且在500次循环后容量保持率达95.0%。以其组装的N‑S@HDM//Na3V2(PO4)3全电池,能量密度可达215.5 Wh kg−1。该研究通过“孔结构工程”与“电子结构调控”的双重策略,为生物质衍生硬碳材料的设计提供了新思路,对发展高性能、低成本钠离子电池负极具有积极的推动作用。该研究以“Synergistic ultramicropore-confined and electronic-state modulation strategies in sustainable lignin-derived hard carbon for robust sodium-ion batteries”为题发表在Research上。