本文采用乳液交联溶液生长和水热硫化法制备了多功能的壳聚糖导电微球，壳聚糖起到了导电基底，通过异质结连接二维的NiCoLDH纳米片和活性颗粒NiMnS，极大地提供非均相界面和活性位点，降低了界面阻力，提高了电子传递速率。并且实现多种电荷存储原理，包括双层电容、伪电容原理和电子插入原理。重要的是，这种材料具有优异的电化学和催化活性，可以同时作为超级电容器驱动的整体水分解多功能电极材料。

图1 NiMnS @NiCoLDH@CCs制备过程和形貌表征

壳聚糖生物炭微球制备的非对称超级电容器在1 A g^-1时具有较高的比电容（260.9 F ^-1)和功率密度（978.4 W kg^-1)时具有较高的能量密度（81.5W h kg^-1)。壳聚糖生物炭微球作为电解电极，仅需1.49 V的低电池电压即可达到10 mA cm^-2的电流密度，在20 mA cm^-2下连续测试30h即可获得优异的稳定性。在此基础上，利用多功能的壳聚糖导电微球复合材料的优异的电化学和催化活性，搭建集成自供电解水装置（耦合超级电容器和制氢系统）。超级电容器作为备用电源，解决间歇性和不可预测的可再生能源供应问题，有效地保证了整个水电解的连续运行。我们的研究为集成生物炭基电极材料的实际设计和具有实际能量转换和存储的耦合储能装置的设计提供了有价值的视角。将有望应用于混合储能中实际制备氢能，进一步应用于车辆和轨道交通、小型机械设备、风力发电等备用储能装置中。

图2 电容器性能和电解水性能

图3 耦合超级电容器和制氢系统装置

亮点

1、开发出自供电解水一体装置，实现耦合电容器和制氢系统，解决间歇性和不可预测的可再生能源供应，实现稳定产氢。

2、制备一种多功能的生物质炭电极材料，同时实现优异的电化学和电催化性能。

3、此混合超级电容器具有优异的能量密度和功率密度，以及电化学稳定性。

结论
1、采用异质结界面工程制备多功能壳聚糖导电微球材料，同时实现高活性和稳定的电催化性能。

2、此导电生物炭微球具有丰富的异质界面，丰富的中空和多孔结构，有效地加速了电子传递，降低了电化学极化。

3、搭建集成自供电解水装置（耦合电容器和制氢系统），解决间歇性和不可预测的可再生能源供应的问题，实现稳定产H₂。

4、本研究为设计一种具有低成本高效益的综合能量转换与存储多功能电极提供了一种有前景的策略。

相关论文以题为“N self‐doped multifunctional chitosan biochar-based microsphere with heterogeneous interfaces for self-powered supercapacitors to drive overall water splitting”发表在Biochar (1区TOP，IF=12.7)上。北京理工大学材料学院博士研究生闫春霞为论文的第一作者，通讯作者为邵自强教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s42773-023-00266-2