Abstract Three-dimensional (3D) heteroatom-doped nanostructured carbon materials have gained extensive attention because of their tremendous potential for enhancing supercapacitor performance. Herein, based on a mild carbonization/activation process we successfully developed green/sustainable 3D hierarchically porous nitrogen-doped nanostructure carbon (N–HNC) materials from houttuynia biomass, showing high specific capacitance and high cyclic stability. The as-prepared houttuynia-derived porous carbon material shows a unique flower-like architecture with well-distributed micro/meso pores and a high specific surface area of 2090 m2/g. The assembled supercapacitor based on N–HNC sample shows superior specific capacitance (473.5 F/g at 1 A/g) and remains over 50% of specific capacitance at 20 A/g. The N–HNC based symmetric supercapacitor, constructed with a two-electrode configuration, shows an energy density of 15.99 Wh/kg at 500 W/kg and outstanding capacitance retention of 95.74% even after 10,000 charge-discharge cycles at 10 A/g in an aqueous 6 M KOH electrolyte system. The results highlight the potential of the 3D porous N-doped hierarchical nano-structural carbon materials from houttuynia biomass as candidate electrodes for supercapacitor applications. This study provides an example of using the inherent framework structure of biomass as a precursor to synthesize hierarchically porous nitrogen-doped nanostructure for high-performance supercapacitor applications.

中文翻译：

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用于高性能超级电容器的鱼腥草衍生的氮掺杂分级多孔碳

摘要 三维 (3D) 杂原子掺杂纳米结构碳材料因其在增强超级电容器性能方面的巨大潜力而​​受到广泛关注。在此，基于温和的碳化/活化过程，我们成功地从鱼腥草生物质中开发了绿色/可持续的 3D 分层多孔氮掺杂纳米结构碳 (N-HNC) 材料，显示出高比电容和高循环稳定性。制备的鱼腥草衍生多孔碳材料具有独特的花状结构，微/中孔分布均匀，比表面积高达 2090 m2/g。基于 N-HNC 样品组装的超级电容器显示出优异的比电容（1 A/g 时为 473.5 F/g），并在 20 A/g 时保持超过 50% 的比电容。基于 N-HNC 的对称超级电容器，采用双电极配置构建而成，在 500 W/kg 时的能量密度为 15.99 Wh/kg，即使在 6 M KOH 电解质系统中以 10 A/g 的电流进行 10,000 次充放电循环后，仍具有 95.74% 的出色电容保持率。结果突出了来自鱼腥草生物质的 3D 多孔 N 掺杂分级纳米结构碳材料作为超级电容器应用的候选电极的潜力。本研究提供了一个使用生物质的固有框架结构作为前体合成用于高性能超级电容器应用的分层多孔氮掺杂纳米结构的例子。在 6 M KOH 电解质系统中以 10 A/g 进行 000 次充放电循环。结果突出了来自鱼腥草生物质的 3D 多孔 N 掺杂分级纳米结构碳材料作为超级电容器应用的候选电极的潜力。本研究提供了一个使用生物质的固有框架结构作为前体合成用于高性能超级电容器应用的分层多孔氮掺杂纳米结构的例子。在 6 M KOH 电解质系统中以 10 A/g 进行 000 次充放电循环。结果突出了来自鱼腥草生物质的 3D 多孔 N 掺杂分级纳米结构碳材料作为超级电容器应用的候选电极的潜力。本研究提供了一个使用生物质的固有框架结构作为前体合成用于高性能超级电容器应用的分层多孔氮掺杂纳米结构的例子。