DOI:10.1016/j.jclepro.2020.123229
將煤的非燃料利用技術用于可持續碳材料生產有利于減少人為二氧化碳的排放。同樣，二氧化碳的技術用途對于早日實現《巴黎氣候協定》是非常迫切的。該研究經過創新設計，可通過靜電紡絲、二氧化碳穩定纖維和隨后的碳化處理，由懷俄明州粉末河流域煤的超臨界萃取液（稱為原煤焦油）以及預定百分比的聚丙烯腈制備出碳納米纖維。研究了原煤焦油添加劑對聚丙烯腈納米纖維結構、織構和表面性能的影響。衰減全反射和漫反射紅外傅立葉變換分析揭示了在最新的氧氣基和二氧化碳基纖維穩定過程中，表面官能團動態演化路徑的差異。在機械性能方面，無論氧化穩定性如何，原煤焦油改性都會顯著提高退火聚丙烯腈納米纖維的拉伸強度。此外，含（30wt％）聚合物前驅體的原煤焦油和二氧化碳穩定化的協同作用可制備出具有優異性能的碳納米纖維，其面積歸一化雙電層電容為1408.9μF/cm2，比氧氣穩定的純聚丙烯腈衍生物高約4倍。
圖1.SEL的成分分析。
圖2.碳化SEL-PAN纖維的SEM（i）、TEM（ii）和HRTEM（iii）圖像。（a）0SP-O2-CF，（b）0SP-CO2-CF，（c）30SP-O2-CF，（d）30SP-CO2-CF。
圖3.AFM：（i）碳化SEL-PAN纖維的形貌圖和（ii）附著力圖。（a）0SP-O2-CF，（b）0SP-CO2-CF，（c）30SP-O2-CF，（d）30SP-CO2-CF。
圖4.（a）碳化SEL-PAN纖維（0SP和30SP）的拉曼圖像。（b）激發波長為532 nm的碳化SEL-PAN纖維（0SP和30SP）的拉曼光譜。
圖5.薄膜模式下碳化SEL-PAN纖維（0SP和30SP）的XRD圖。
圖6.不同制備階段的0SP和30SP納米纖維氈樣品的（a）拉伸模量（MPa）、（b）斷裂強度（MPa）和（c）斷裂伸長率（％）比較。（注意：每個輸入重復3次）。
圖7.碳化SEL-PAN纖維在不同掃描速率（100、200、300、400和500 mV/s）下的CV曲線。（a）0SP-O2-CF，（b）0SP-CO2-CF，（c）30SP-O2-CF，（d）30SP-CO2-CF。（e）電流密度取決于掃描速率。（f）EDL電容對SEL:PAN比率的依賴性。
圖8.（a-1）在350 nm處激發的新鮮纖維（0SP和30SP）的光致發光光譜。（a-2）在350 nm處激發的GQD（源自PRB煤和碳化纖維）的光致發光光譜。照片顯示30SP-CO2-CF衍生GQDs的（b-1）原始顏色和（b-2）熒光。（c-1）0SP-FF，（c-2）0SP-O2-CF衍生GQDs，（c-3）0SP-CO2-CF衍生GQDs，（c-4）30SP-O2-CF衍生GQDs和（c-5）30SP-CO2-CF衍生GQDs的三維激發發射矩陣熒光響應。
圖9.在新鮮、穩定和碳化階段的纖維樣品（0SP，10SP和30SP）表面上的元素碳和氮的能譜分析。
圖10.在新鮮、穩定和碳化階段的纖維樣品（0SP，10SP和30SP）的衰減全反射光譜。
圖11.穩定過程中纖維樣品（0SP和30SP）的三維DRIFT光譜。
圖12.靜電紡絲SEL-PAN纖維（0SP和30SP）的熱重曲線，在280℃下穩定3h（可選用氧氣和二氧化碳），然后在800℃下碳化1h。
