从生物质和高分子等有机前驱体向无机炭材料转化的结构演变机制，及材料微观结构与电化学性能间的构效关系，是储能炭可控制备与定向应用的共性关键科学问题。炭材料前驱体或制备过程中不可避免地会引入大量含氧官能团。在水系电解液中，碳界面上醌或醛官能团会发生氧化还原反应，可提高水系超级电容器的整体电容。但在有机电解液中，碳电极表面的氧官能团易与有机电解质反应，从而导致电容器迅速老化。因此，有待于对氧物种在碳晶格中的掺杂机制、结构演变及其在有机电解液体系下的作用机理进行深入探究。

      近日，中科院山西煤化所709组在炭材料表面化学演变机制研究方面取得新进展。本团队以中试线自制玉米淀粉基多孔炭为模型，追踪其在温度范围为400-800℃的氢气热还原过程中含氧官能团的的演变路径。通过SEM、TEM、氮气吸脱附来研究材料微观形貌以及孔结构；通过XRD、Raman来探究制备多孔炭过程的晶型演变及化学结构演变。结果显示，在700°C时获得了氧含量低至0.90％且孔径分布适当的最佳微观结构。元素分析，XPS，TPR-MS和Boehm滴定结果表明，含氧官能团的脱除经历了三个不同的阶段（分子间脱水，加氢和分解反应）。最终得到的是无定型的多孔炭主要以微孔为主，具有较高的比表面积1600m2 g-1，孔径集中在1.90 nm，有利于双电层电容的形成。

      为了证实其在高能量密度和高功率密度超级电容器中的广阔应用前景，以多孔炭为电极材料，组装纽扣型超级电容器在有机电解液（1 M SBP BF4/PC）下进行电化学的测试。得益于稳定的电化学界面和优化的多孔结构，HAC-700表现出极低的自放电（2.23 V, 10 h）和泄漏电流（0.001 mA，2 h）、显着优异的电容性能和倍率性能（当电流密度为1 A g-1时，其比电容高达128.3 F g-1；当电流密度增加到10 A g-1时，比电容仍能够保持原来的86.60%）以及非常好的循环稳定性（在1 A g-1下进行恒电流充放电循环5000次能够保持原来比电容的89%）。这归因于碳表面与电解质之间电化学界面的稳定。该结果为储能炭材料表面结构优化指明了方向。相关成果已接收在Journal of Energy Chemistry.(Manu ID: JECHEM-D-20-00608)，第一作者为硕士研究生袁思婷，通讯作者为孙国华副研究员、陈成猛研究员。