DOI:10.1021/acssuschemeng.0c03246
利用低成本的可再生資源或廢物資源開發先進的工程材料是可持續發展的關鍵。碳納米纖維（CNFs）是碳的一維形式，其直徑在亞微米和納米范圍內，在能量存儲、催化和吸附等方面有著廣泛的應用。木質素是近年來發展起來的一種用于生產CNFs的低成本、可生物再生前體。本綜述全面介紹了通過靜電紡絲技術由木質素制備碳納米纖維的最新技術。本文首先介紹了木質素的特性，CNFs的結構和應用，尤其是儲能方面的應用，以及對靜電紡絲法的描述。第二部分重點介紹了用于生產電紡CNFs的不同木質素基前體配方。其中包括單獨使用木質素或以不同質量比與其他聚合物混合使用（聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚環氧乙烷、醋酸纖維素、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯吡咯烷酮）。此外，結合CNFs在相關應用中的性能，討論了不同的制備方法以及提高CNFs織構、力學和電化學性能的策略。
圖1.a）三種木質素單體；b）軟木木質素的典型結構。
圖2.a）木質素基靜電紡絲CNFs的SEM圖像（由研究小組拍攝，比例尺為5μm）；b）由缺陷石墨烯層堆疊構成的CNFs結構。
圖3.a）鋰離子電池的典型配置；b）超級電容器的典型配置。
圖4.木質素基柔性CNF墊的示例；a）由質量比為75/25的牛皮紙木質素/PVA制備，以及b）由質量比為80/20的牛皮紙木質素/PVA制備。
圖5.垂直方向的典型靜電紡絲裝置。
圖6.使用靜電紡絲技術由木質素制備CNFs的方法。
圖7.a）和c）非活化的木質素基CNF的TEM圖像；b）和d）活化的木質素基CNF的TEM圖像。d）中的衍射圖表明存在多晶石墨。a）和b）中的比例尺為50nm；a）和b）中的比例尺為5nm。
圖8.a）在前體中不同木質素含量的木質素/PAN基CNFs上生長的NiCo2O4納米片和b）納米針[a）和b）分別為20wt％和50wt％]
圖9.在a）和b）摻Pd，c）＆d）摻鐵的木質素/PAN基CNFs上生長的碳納米管。d）中的紅色標記表示層間距為0.340nm。
圖10.TEM圖像顯示在木質素/PVA基CNFs上生長的MnO2納米晶須。在a），b）和c）中，CNF和MnO2的質量比分別為2/1、1/1和1/2。
圖11.捻合的木質素/PVA電紡纖維的光學圖像，其中a）23，b）44，c）54和d）78次/厘米（比例尺為500μm）；e）-h）相應CNFs的SEM圖像（比例尺為200μm）。
圖12.控制木質素/PEO基CNFs中融合度的示例。a）＆b）通過使用不同比例的硫酸鹽木質素和相同量的PEO（30wt％）誘導不同程度的融合；在a）中使用木質素的甲醇/二氯甲烷可溶級分，在b）中使用木質素的甲醇可溶級分。c）和d）通過使用不同量的PEO和相同的木質素前體誘導不同程度的融合；c）3wt％PEO和d）10wt％PEO。比例尺：a）和b）為5μm；c）和d）為2μm。
