Molecules：具有可調介孔率的介孔碳纖維及其在能源設備電極材料中的應用

DOI: 10.3390/molecules26030724

為了提高介孔炭（MC）作為電極內催化劑載體的性能，采用有機-有機自組裝和靜電紡絲相結合的方法，在優化熱處理條件下成功合成了MC纖維（MCFs）。通過改變實驗條件來控制孔結構。在MCFs中，MCF-A是在最酸性條件下制備的，孔徑最大（4～5nm），通過調整熱處理條件進一步優化了MCF-A的孔結構和碳化程度。由于纖維結構有望在MCFs應用于器件時彰顯一定的優勢，采用噴霧印刷制備了MCF-A層。對于抗壓縮性，MCF-A層（厚度變化5.5％）顯示出比本體MC層（厚度變化12.8％）更高的抗性。當纖維結構更多地保留在薄層內時，厚度方向上的電阻較低。MCF-A與本體MC相比的其他優點表明，MCF-A有潛力用作能源設備電極內的催化劑載體。

圖1.不同MCF樣品和本體MC作為參考樣品的氮氣吸附等溫線（a）和相應的孔分布（b）。

圖2.每個煅燒步驟下的MCF-A和Vulcan XC-72的XRD圖比較。

圖3.在不同溫度下處理的MCF-A的氮氣吸附等溫線（a）和相應的孔分布（b）。

圖4.在800℃下煅燒后，MCF-A的低倍放大（a）和高倍放大（b）SEM圖像，以及TEM圖像和孔徑分布（c）。

圖5.在N2飽和HClO4中獲得的MCF-A、本體MC、Vulcan?XC-72和碳納米纖維（CNFs）的循環伏安圖（CVs）。

圖6.不同碳材料在N2飽和HClO4中于25μA下的電壓充電和放電（CDC）響應（a）以及在不同放電電流密度下的放電比電容（b）。

圖7.Vulcan XC-72（a），CNF（b），MCF-A（c）和本體MC（d）在N2飽和HClO4中于不同充電電流下的電壓CDC響應，其中（a），（b），（c）的X軸為0-140s，（d）的X軸為0-275s。

圖8.壓縮試驗前后本體MC層（a）和MCF-A層（b）的橫截面圖。每個碳層的厚度用紅色箭頭顯示。

圖9.不同碳樣品厚度方向上的電子電阻，插圖解釋了符號的含義。

圖10.MCF-A-800（a）和MCF-A-450（b）的SEM圖像。