DOI:10.1021/acsaem.0c02571
大多數氧化鐵基電極材料在長期運行過程中都是不穩定的，尤其是在酸性環境中。本研究合理設計了一種制備耐酸自支撐氧化鐵修飾碳納米纖維（CNF）的簡便方法。通過一步靜電紡絲β-環糊精（β-CD），乙酰丙酮鐵（Fe-ac）和聚丙烯腈（PAN）溶液以及隨后的碳化處理，制備了碳包封氧化鐵復合碳納米纖維（FeOx@C-CNF），該材料在酸性溶液中具有良好的柔性和高穩定性。在β-CD和Fe-ac的熱解過程中，氧化鐵顆粒周圍形成了一層均勻的碳保護層（約3.5nm）。在1M H2SO4電解質中，所制備的FeOx@C-CNF在0.5A·g-1下顯示出341.3F·g-1的高比電容，遠高于在KOH和Na2SO4電解質溶液中的電容。FeOx@C-CNF基超級電容器電池在0.71kW·kg-1的功率密度下實現了45.2Wh·kg-1的高能量密度和出色的循環穩定性（80000次循環后保留率達99.8％）。氧化鐵周圍的碳保護層使FeOx@C-CNF在酸性溶液中具有極好的穩定性。綜上，本研究所提出的策略為應用于酸性介質的超級電容器和其他電化學裝置提供了一種合適的電極材料。
圖1.FeOx@C-CNF的制備過程示意圖以及FeOx核上碳膠囊殼的可能形成機理。
圖2.（a）FeOx-C-CNF，（b）HCl處理FeOx@C-CNF，（c）FeOx-CNF和（d）HCl處理FeOx-CNF的SEM圖。
圖3.（a）FeOx@C-CNF的TEM和（b）代表性高分辨率TEM圖像。（c）FeOx@C-CNF的C、Fe、O和N元素映射。
圖4.（a）FeOx@C-CNF的XRD圖譜和（b）XPS全掃描光譜。（c）O1s和（d）Fe2p的高分辨率XPS光譜。
圖5.FeOx-C-CNF和FeOx@C-CNF的（a）N2吸附-解吸等溫線和（b）孔徑分布（通過密度泛函理論（DFT）模型模擬）。
圖6.（a）FeOx@C-CNF在不同電解質中的CVs（1mV·s-1）。（b）在1M H2SO4電解質中的GCD曲線。（c）FeOx@C-CNF（1M H2SO4、6M KOH和1M Na2SO4）的比電容和（d）奈奎斯特圖。
圖7.（a）在1M H2SO4中，FeOx@C-CNF在1mV·s-1下的分離CV曲線。陰影區域代表表面電容電荷，而非打印區域代表擴散控制電流貢獻。（b）在不同的掃描速率下，擴散控制電荷和電容電荷的電容比。
圖8.（a）FeOx@C-CNF//FeOx@C-CNF電池在1M H2SO4中的CV和（b）GCD曲線。（c）超級電容器電池在5A·g-1的電流密度下進行8000次循環的電容保持率，以及（d）電池的Ragone圖。
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