廣西師范大學梁曉光J. Appl. Polym. Sci.：ZIF-8/PAN復合材料衍生分層多孔N摻雜碳

DOI: 10.1002/app.50431

結合靜電紡絲技術，金屬有機骨架（MOFs）衍生多孔碳纖維由于其巨大的比表面積、高孔隙率以及豐富的雜原子摻雜活性位點而在吸附揮發性有機化合物（VOCs）方面彰顯出廣闊的應用前景。在這項工作中，通過靜電紡絲法合成了沸石咪唑骨架8/聚丙烯腈（ZIF-8/PAN）復合纖維，并對其進行熱解，獲得了分層多孔的N摻雜碳納米纖維。由于分層多孔結構和豐富的含N物種的活性位點的協同作用，在氮氣氣氛（N-CF-N2）中制備的N摻雜碳納米纖維對苯的吸附能力提高到694mg/g。同樣有趣的是，與N-CF-N2相比，在Ar氣氛（N-CF-Ar）中制備的N摻雜分層碳納米纖維表現出較低的苯吸附能力，這可歸因于熱解過程中重Ar原子轟擊孔殼造成的多孔結構損傷。上述結果不僅顯示了所制備的N-CF-N2具有成本低、生產規模大、吸附能力強等優點，在空氣凈化VOCs吸附方面具有廣闊的應用前景，而且也拓展了靜電紡絲技術和復合纖維在揮發性有機氣體吸附方面的潛力。

圖1.N-CF-N2納米纖維的制備示意圖[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖2.ZIF-8粉末的透射電子顯微鏡（TEM）圖像（a）和高分辨率TEM（HRTEM）圖像（b）。PAN纖維（c），ZIF-8/PAN纖維（d），N-CF-Ar（e）和N-CF-N2（f）的SEM圖像。所有纖維均在25kV的紡絲電壓和1.5ml/h的流速下制備而成

圖3.（a）具有空心立方結構的N-CF-Ar的透射電子顯微鏡（TEM）圖像和（b）HRTEM圖像。（c）N-CF-N2的TEM圖像，其光滑表面部分標有紅色圓圈。（d）（c）中標記區域的HRTEM圖像。（e）–（f）N-CF-N2的TEM圖像以及（f）C，（g）N和（h）O的相應元素映射[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖4.ZIF-8粉末、PAN纖維、ZIF-8/PAN纖維、N-CF-Ar和N-CF-N2的X射線衍射圖（a）和FTIR光譜（b）[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖5.（a）ZIF-8粉末、PAN纖維、ZIF-8/PAN纖維、N-CF-Ar和N-CF-N2的熱重圖，（b）X射線光電子能譜分析。N-CF-N2的N 1s光譜[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖6.（a）N-CF-N2和N-CF-Ar的N2吸附-解吸等溫線。（b）N-CF-N2、N-CF-Ar、ZIF-8粉末、ZIF-8/PAN纖維和PAN纖維的苯吸附等溫線[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]