当前，全球每年生产约1.5亿吨香蕉，其中香蕉重量的35%是果皮，香蕉皮废弃物的数量庞大。如果这些废弃物得不到妥善处理，将会对环境造成严重污染。此外，多晶硅生产过程中产生的副产物四氯化硅（SiCl4）具有强腐蚀性和毒性，遇潮湿空气会水解生成硅酸和氯化氢，对设备和环境造成严重腐蚀，同时对人类健康也有危害。如何实现香蕉皮和多晶硅副产物SiCl4的有效资源化利用，一直是科研人员面临的挑战。

近日，石河子大学于锋教授研究团队与四川大学吉俊懿教授研究团队提供了一种生物质香蕉皮和多晶硅副产物SiCl4“变废为宝”的策略，成功制备了富含“C-O-Si”键硅掺杂炭材料。样品Si-BP-Carbon的Si掺杂量为11.8 wt%，比表面积为114.9 m²·g⁻¹，具有优异的亲水性（接触角接近0°）。该材料表现出了优异的电催化氧还原（ORR）性能，其扩散限制电流密度为4.69 mA·cm-2，半波电位可达0.813 V（vs. RHE），相较于未掺杂Si的样品提升了155 mV。同时，通过Si掺杂，材料对O2分子和*OOH中间体的吸附能力显著增强，提升了ORR活性和4电子路径，有效抑制了2电子路径，抑制了H2O2的副反应，提高了ORR的能量效率和产物选择性。此外，Si-BP-Carbon作为锂离子电池负极材料，丰富的C-O-Si键为Li+离子提供了额外的吸附位点，增强了材料的Li+存储能力，在50 mA·g-1的电流密度下，经过100个循环后放电比容量可达409.4 mAh·g-1。

图1. (a, d) SEM图；(b ,c ,e ,f) TEM图；(g) Si-BP-Carbon的EDS图谱。

图2. (a) XRD谱图、(b) 拉曼光谱、(c) FT-IR光谱、(d) 润湿性测试、(e) 氮气等温吸脱附曲线、(f) 29Si NMR和 (g-l) XPS谱图。

图3. (a) CV曲线、(b) Cdl曲线、(c) LSV曲线、(d) H2O2电流响应测试、(e) 过氧化氢产率和电子转移数曲线、(f) Tafel斜率、(g) EIS曲线、(h) 耐甲醇测试、(i) 计时-安培i-t曲线。

图4. (a) 电荷差分密度、(b) 含氧中间体的吸附能、(c) 吸附电子密度差、(d) 2电子和 (e-g) 4电子ORR吉布斯自由能图。

图5. (a) 微分电容曲线、(b) 赝电容贡献百分比、(c) 循环性能、(d) 分子动力学模拟BP-Carbon的Li+吸附量和 (e) 倍率性能。

图6 内封面论文

相关成果发表于Green Chemistry（封底文章）。论文第一作者为石河子大学化学化工学院研究生杨守华、唐赢和杨振，通讯作者是杨盛超教授、吉俊懿教授、于锋教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Modulation of electron distribution and intermediate adsorption by C–O–Si sites for efficient oxygen reduction and lithium storage

Shouhua Yang, Ying Tang, Zhen Yang, Shengchao Yang*, Boqin Li, Wencai Peng, Banghua Peng, Gang Wang, Jie Liang, Junyi Ji*, Feng Yu*

Green Chem., 2025, DOI: 10.1039/D4GC05650G

导师介绍

于锋

https://www.x-mol.com/groups/yu_feng