天津工業大學史景利&北卡羅萊納州立大學張向武Appl. Surf. Sci.：碳化硅衍生碳納米

DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.148933

碳納米纖維是一種很有前途的超級電容器電極材料。在碳納米纖維中實現高比表面積的同時，優化其介孔/微孔比和結構是一種非常理想且極具挑戰性的方案。在此，研究者通過靜電紡絲正硅酸乙酯（TEOS）/酚醛樹脂（PR）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/F127共混溶液，然后進行碳熱還原、除碳和氯化，設計并制備了具有高比表面積和合理介/微孔結構的碳納米纖維墊。通過調節紡絲溶液中TEOS的含量，構建了具有可調節二級納米結構的碳化硅納米纖維，以此為原料制備了具有相當多介孔（介孔率為60-70％）、多樣二級納米結構（24-44nm）和高比表面積（1765-1890m2/g）的微孔碳納米纖維。此外，本文提出了碳納米纖維中多樣二級納米結構的形成機理。碳化物衍生碳納米纖維由于增強的離子傳輸而顯示出更高的比電容（在0.1A/g時為316F/g）和高倍率性能（在100A/g時為186F/g），這是通過縮短微孔通道并為微孔結構域提供方便的介孔通道來實現的。

圖1.在（a）1300℃，（b）1350℃，（c）1400℃和（d）1500℃的不同溫度下進行碳化并在空氣中于700℃下進行煅燒后的纖維的SEM圖像和光學照片。

圖2.（a）PFCNF-1，（b）PFCNF-SiC-1和（c）PFCNF-CDC-1的SEM圖像和照片。

圖3.（a）PFCNF-SiC-Xs和PFCNF-CDC-Xs的XRD圖。（b）PFCNF-CDC-Xs的拉曼光譜和（c）XPS全掃描光譜。

圖4.（a，d，c）PFCNF-CDC-1，（d，e，f）PFCNF-CDC-2，（g，h，i）PFCNF-CDC-3

在不同放大倍率下的SEM圖像。

圖5.二級結構的直徑分布和平均直徑。

圖6.（a，b，c）PFCNF-SiC-3和（d，e，f）PFCNF-CDC-3在不同放大倍率下的HRTEM圖像。

圖7.（a）PFCNF-CDC-Xs的N2吸附-解吸等溫線，（b）孔徑分布。

圖8.掃描速率為（a）5mV/s和（b）100mV/s時的CV曲線。（c）在不同電流密度下PFCNF-CDC-3的恒電流充電/放電（GCD）曲線。在（d）0.1A/g，（e）10A/g和（f）100A/g下的GCD曲線。（g）電阻壓降隨電流密度的變化。（h）在不同電流密度下的比電容。（i）波特圖。

圖9.基于雙電極測試的電化學性能。（a）PCNF-CDC-Xs在100mV/s下的CV曲線。（b）在0.1A/g下的GCD曲線。（c）不同電流密度下的比電容。（d）所有基于PFCNF-CDC-X的對稱超級電容器的循環穩定性。