DOI:10.1007/s11581-020-03603-8
在本文中，研究者通過聚丙烯腈（PAN）與用作可持續碳前驅體的木質素合成了碳納米纖維（CNFs），并對聚苯胺（PANI）進行涂覆以獲取較高N摻雜量的CNFs。所獲得的木質素衍生的氮摻雜聚丙烯腈/聚苯胺碳納米纖維（LCNFs/PANI/N-9）具有出色的性能，例如483.1 m2 g-1的大比表面積，9.1 nm的均勻孔徑分布，高度石墨化結構，氮摻雜量高達6.31wt％。CNFs的均勻直徑允許較短的離子擴散路徑和高效的電子傳輸。并且LCNFs/PANI/N-9的最高比電容在1 A g-1時增加到199.5 F g-1。此外，在電流密度為4 A g-1的情況下，經過1000次充放電循環后，N摻雜的CNFs表現出優異的循環穩定性和82％的電容保持率。這項研究為廉價且可再生生物質的高價值應用開辟了新的前景。
圖1.PAN/木質素納米纖維（a）、LCNFs-8（b）、LCNFs/N-8（c和d）和LCNFs/PANI/N-9（e和f）的SEM顯微照片
圖2.LCNFs/PANI/N-9的TEM圖像（a）和直徑分布（b）
圖3.（a）LCNFs/PANI/N-9的SEM圖像，以及LCNFs/PANI/N-9的EDS圖：b-C元素，c-N元素，d-O元素
圖4.兩種納米纖維（LCNFs/PANI/N-8和LCNFs/PANI/N-9）的X射線衍射圖（XRD）圖
圖5.LCNFs/PANI/N-9樣品的（a）C 1s和（b）N 1s XPS光譜。（c）LCNFs/PANI/N-9的XPS全掃描光譜和（d）LCNFs/PANI/N-9的示意性結構
圖6.（a）LCNFs/PANI/N-8和9的氮氣吸附和解吸等溫線和（b）孔徑分布
圖7.（a）LCNFs/PANI/N-8和（b）LCNFs/PANI/N-9在不同掃描速率（即5、10、20、50、100和200 mV s-1）下的CV曲線。（c）不同CNF樣品在5 mV s-1的掃描速率下的CV曲線。（d）電流密度為1 A g-1時不同CNF樣品的充電/放電（CD）循環曲線。（e）LCNFs/PANI/N-9在一系列電流密度下的CD曲線
圖8.（a）純CNF和不同LCNF樣品的奈奎斯特圖。（b）LCNFs/PANI/N-9在4 A g-1的電流密度下的循環性能
圖9.儲存反應過程中N摻雜CNFs中離子擴散和電荷傳輸途徑的示意圖
