CEJ：DES-酶协同预处理结合无活化剂碳化：棉籽粕变身高性能多孔碳，打造宽温域柔性超级电容器

第一作者：张渠

通讯作者：王涛*，吴冬玲*

单位：新疆大学

生物质基多孔碳是超级电容器的关键电极材料，然而传统制备工艺需依赖化学活化剂，不仅存在环境污染问题，还面临成本偏高的挑战。棉籽粕是棉花产业的副产物，来源丰富，价格低廉，其高值化利用途径仍有待开发。本研究提出一种绿色预处理策略，采用深共晶溶剂与蛋白酶协同处理棉籽粕，无需活化剂碳化即可制备高性能多孔碳，同时将处理液转化为凝胶电解质，组装出高性能柔性超级电容器，实现了前驱体与试剂全组分利用。

近日，新疆大学吴冬玲教授团队在国际期刊Chemical Engineering Journal上发表研究成果，提出一种创新的DES-酶协同预处理策略，用于制备棉籽粕基多孔碳材料。该策略利用K₂CO₃/乙二醇DES去除棉籽粕中的木质素，再利用蛋白酶高效降解粗蛋白，经洗涤去除K₂CO₃后直接碳化（无需额外添加活化剂），即可获得具有多杂原子掺杂和分级孔结构的多孔碳。所得材料在10 mg cm^-2高负载下仍具有257 F g^-1的高比电容。此外，研究团队将DES处理后的滤液（即木质素提取液）与琼脂复合，制成DES基凝胶电解质，构建的对称柔性超级电容器在室温下能量密度达26.1 Wh kg^-1，并在-80 °C至75 °C宽温范围内保持优异性能。

K₂CO₃/EG DES有效破坏棉籽粕中木质素与半纤维素的化学键，去除木质素，为蛋白酶降解蛋白质创造有利条件。二者协同提升了孔结构的形成与杂原子掺杂水平。

所得材料具有蜂窝状多级孔结构、高比表面积和均匀的O、N、S杂原子分布，表现出优异的电容性能。在高负载条件下仍保持高比电容和良好的循环稳定性。

DES处理后的滤液被用于制备木质素-琼脂-DES凝胶电解质，实现了前驱体与试剂的100%利用。组装的对称超级电容器在极端温度（-80 °C至75 °C）下仍保持高能量密度与稳定性，展现出其在宽温域环境中的应用潜力。

该研究不仅实现了农业副产物的高值转化，还避免了传统活化剂的使用，实现了前驱体与试剂的100%利用，为绿色、可持续的能源材料开发提供新思路。

Deep eutectic solvent-enzyme synergistic pre-treatment strategy for the preparation of cottonseed meal-based porous carbon for advanced supercapacitors

吴冬玲教授简介：新疆大学化学学院教授，博士生导师，入选首批新疆维吾尔自治区天山英才-青年科技创新人才计划，自治区天山英才培养计划，新疆维吾尔自治区杰出青年基金获得者。先后主持国家自然科学基金项目5项，科技部项目子课题、自治区重点研发专项、自治区高校科研计划重点项目等科研项目十余项，以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., J. Mater. Chem. A, Small, Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Inter., J. Power Sources, ACS Sustain. Chem. Eng.等期刊发表SCI收录论文100余篇，ESI高被引论文6篇。研究成果先后获新疆维吾尔自治区科技进步奖一等奖3项，自治区自然科学奖一等奖1项。首批“全国高校黄大年式教师团队”成员，教育部“功能材料化学”创新团队骨干成员，教学成果获高等教育（研究生）国家级教学成果奖二等奖1项。

张渠，新疆大学化学学院博士研究生，主要从事先进电极材料/电解液的设计制备。

吴冬玲教授课题组主要研究方向包括新型碳材料的结构设计与功能化改性，新型低共熔电解液的设计制备，及面向能源领域应用的基础研究；煤炭热解，煤焦油分级分质利用新途径的探索。

欢迎具有化学、材料、能源背景的博士后、博士生和硕士生加入本研究团队，助力能源领域绿色低碳转型与关键材料新突破。联系邮箱：wudl@xju.edu.cn