由于化石燃料的大量消耗而造成的能源短缺和环境污染问题引起了广泛关注。为了解决这些问题，对超级电容(SCs)、可充放电电池和水分解等低成本且高效的电化学能量转换和存储材料开发日益显示出紧迫性和重要意义。目前，Pt基材料对水分解氢反应具有最佳的电催化活性，但是高成本和资源稀缺限制了Pt基材料的大规模应用。因此，寻找无Pt析氢反应（HER）电催化剂至关重要。
碳材料由于其许多优点，例如较小的热膨胀系数，高的电导率，导热性和较低的耐化学腐蚀性，作为一种新型的HER电催化剂材料受到越来越多的关注。生物质是一种可再生、环保且低成本的产品资源。生物质衍生的碳材料是有前途的碳材料之一，它表面丰富的多孔结构可以加速离子从电解质到电极表面的传输速度，降低了离子的扩散距离和电阻，已成为HER电催化剂有吸引力的材料。同时生物质碳作为超级电容器材料的主要研究方向是增加比表面积和孔结构。基于生物质碳超级电容器的储能机理，研究表明分层的孔结构和适中的表面积会形成极好的双电层电容（EDLC）。然而，生物质衍生碳的高微孔面积更可能形成双电层，更有利于离子的快速传输。此外，很少有人报道具有高微孔面积和微孔体积的核桃壳生物质基碳具有超级电容器和电催化剂双重功能。
基于这些考虑，陈龙课题组利用新疆丰富的生物质资源，报告了一种简便的KOH活化过程，以合成核桃壳（WS）的生物质碳材料，用于对称超级电容器和HER电催化剂。实验结果表明活化温度将影响表面结构，包括核桃壳衍生的碳系列的表面积，孔质地和形态。此外，该团队通过系统分析了SCs和HER的表面结构与电化学性能之间的关系，进一步表明具有优异表面结构的WS衍生碳材料是有前途的生物质电极材料。这项工作为基于生物质的碳材料在清洁能源系统中的潜在应用提供了新思路。该研究工作以题为 “Walnut Shell-derived hierarchical porous carbon with high performances for electrocatalytic hydrogen evolution and symmetry supercapacitors”发表在期刊International Journal of Hydrogen Energy上，论文的第一作者化学化工学院硕士研究生付海海，通讯作者陈龙副教授和郭旭虹教授。
该团队成功地合成了在不同活化温度下具有分级孔结构的多孔核桃壳生物质炭样品，并且表现出优异的HER活性，具有较低的起始电位，较小的Tafel斜率和长期循环稳定性。此外，发现参数指标（Smi）在电化学性能上具有重要影响。当Smi值接近1037.31 m2 g-1时，相应的比电容在6 M KOH中的0.5 A g-1处达到最大值262.74 F g-1。此外，最佳的WS-600样品具有高能量密度（7.97 Wh kg-1）和功率密度（180.80 W kg-1），优异的倍率能力，循环稳定性（93.71％保留率）。由于它们具有良好的微孔结构和较大的微孔比表面积，因此可以促进离子扩散并降低器件的电荷转移阻力。所有这些结果表明，WS-X样品材料可广泛用作于电催化剂和超级电容器储能材料。
此外团队还利用新疆丰富的棉花资源，将棉杆炭化活化制备初生物质炭材料，将其用于超级电容器领域，作为15级材料专业本科生的SRP课题，叶嘉惠、张豆豆和谷立昌经过近一年的实验室实验和测试，得到了比表面积大（2552.8 m2/g）、电化学性能良好（256.35 F g-1）的棉杆基炭材料，该研究工作以题为 “棉杆基活性炭的制备及电化学性能研究”发表在核心期刊《石河子大学学报》上，论文的第一作者化学化工学院本科毕业生张豆豆，通讯作者陈龙副教授。
材料合成示意图图片来源：Int. J. Hydrogen Energ.
电催化析氢(HER)性能图 图片来源：Int. J. Hydrogen Energ.
超级电容器性能图.图片来源：Int. J. Hydrogen Energ.
对称型器件性能图图片来源：Int. J. Hydrogen Energ.
结构参数对超级电容器的性能影响图片来源：Int. J. Hydrogen Energ.
文章来源：陈龙
编辑：魏江锋
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