文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2026.06.084
生物质基硬碳凭借原料可再生、成本低廉的优势，已成为钠离子电池（SIBs）负极材料的主流候选体系。但前驱体组分复杂，且石墨微晶生长与层间距之间存在固有制衡关系，极大阻碍了对其微观结构的精准调控。传统高温炭化工艺会不可避免地增大石墨微晶尺寸，同时缩小（d002）晶面层间距，进而限制钠离子嵌脱，大幅降低低压平台容量。针对此消彼长的矛盾关系，本文提出一种对甲苯磺酸（TsOH）催化脱水-芳香诱导策略：该方法可提升类石墨纳米微晶的结构有序度，通过重构硬碳纳米微晶，同步实现微晶横向尺寸增大、层间距拓宽，打破二者此消彼长的制约。与传统制备路线不同，对甲苯磺酸可同步裂解纤维素中的羟基，抑制无规碳骨架重排；同时自身分解生成芳香烃，借助π–π相互作用诱导有序石墨微晶生长，最终构建局部有序碳畴。改性后材料（110）晶面尺寸由5.12 nm提升至6.28 nm，且（002）晶面层间距同步拓宽。电化学测试结果表明：未改性硬碳的平台容量仅为199 mA h g⁻¹；经本方法优化后的硬碳可实现246 mA h g⁻¹的优异平台容量，可逆总容量高达384 mA h g⁻¹；在1 A g⁻¹大电流密度下循环300圈后，容量保有率仍达73.0%。本研究为高性能硬碳负极的精准可控合成提供了极具指导价值的新思路。
综上，对甲苯磺酸（TsOH）介导的催化脱水-芳香诱导策略可精准调控纤维素基硬碳的微观结构。TsOH能够促进纤维素分子中羟基脱水，进而推动类石墨纳米微晶发生重排与生长。与此同时，热解过程生成的芳香副产物通过π–π相互作用将（110）晶面尺寸提升至6.28 nm，既保留充足宽化的层间距，又可作为碳源提升石墨化有序度。经该策略调控得到的规整类石墨纳米微晶可提供大量低压嵌钠位点与孔隙储钠位点，使硬碳在0.02 A g⁻¹电流密度下实现246 mA hg⁻¹的高平台容量、384 mA h g⁻¹的总可逆容量，且循环稳定性优异（300圈后容量保持率73.0%）。此外，该改性策略同样适用于棉铃外壳、竹材等其他富纤维素生物质原料。本研究为高性能钠离子电池硬碳负极材料的开发提供了新思路。