DOI: 10.1002/smll.202007775
經證實，一種簡單、可擴展的表面活性劑-聚合物模板法可在一級結構中創建受控的遠程二級子結構。作為表面活性劑的金屬雙（2-乙基己基）磺基琥珀酸酯（MAOT）可用作碳納米纖維中的犧牲模板和金屬前體。即使在靜電紡絲和熱處理過程中，固相聚合物中的MAOT也能保持低界面張力和可控的尺寸，從而可以在納米纖維中形成均勻的遠程子結構。研究發現MAOT含量是調整納米纖維直徑及其織構性質（如內部孔隙的大小和體積）的關鍵參數。MAOT中的金屬反離子種類決定了納米纖維內部金屬相的摻入。將以鈉為反離子的MAOT摻入聚合物中會使納米纖維中形成內置孔結構。相反，以鐵為反離子的MAOT在納米纖維（FeCNFs）中會產生獨特的孔內鐵子結構。FeCNFs具有出色的電荷存儲和水分解性能。結果，MAOT-聚合物模板法可擴展至各種金屬前體的組合，從而為不同的目標應用創建理想的功能。
圖1.通過熱處理由電紡NaAOT/PAN納米纖維獲得的NaCNFs的形態表征：a-d）SEM和e-h）灰色（左）/二進制轉換（右）TEM圖像。對灰度TEM圖像進行閾值化處理，得到二進制TEM圖像。顯示在m值=4和10以及w值=0和20下制備的NaCNFs的代表性圖像：a，e）NaCNF-4,0，b，f）NaCNF-4,20，c，g）NaCNF-10，0和d，h）NaCNF-10,20。SEM和TEM圖像中的比例尺分別為500nm和50nm。
圖2.NaCNFs（NaCNF-4,0，NaCNF-4,20，NaCNF-10,0和NaCNF-10,20）的氮氣吸附等溫線（實心和空心符號分別表示吸附和解吸分支）。
圖3.主要結構和結構參數與m和w的關系圖：a）平均納米纖維直徑，b）比表面積，c）總孔體積，和d）中孔體積占總孔體積的百分比（％）。
圖4.當m為定值，w處于增長趨勢時，用BJH方法計算NaCNFs的中孔尺寸分布：a）m=4，b）m=6，c）m=8，d）m=10。e）在10、20和40nm（±5nm）三種中孔尺寸下計算吸附孔體積。
圖5.AOT中的金屬離子交換：a）AOT中Na（I）與Fe（II）離子交換的DFT基計算結果，以及b）在離子交換之前和之后記錄的XPS全掃描。
圖6.通過熱處理由電紡Fe（AOT）2/PAN納米纖維獲得的FeCNFs的形態和質量表征：a-d）代表性TEM圖像（比例尺為100nm）：a）FeCNF-4,0，b）FeCNF-4,10，c）FeCNF-6,0，和d）FeCNF-6,10。e）粉末XRD圖譜（Fe3O4作為參考）。
圖7.基于FeCNF電極的電化學電容器：a）以25mV/s的掃描速率記錄的CV曲線，b）在0.1A/g電流密度下記錄的充電/放電曲線，和c）在100mHz-0.1MHz的頻率范圍內記錄的EIS奈奎斯特圖。所有測量均在三電極配置下采用1M H2SO4電解質進行。將FeCNF-6,0作為對稱電極集成到不銹鋼電池中。d）在不同電流密度下的兩電極電池電容。e）在1A/g的電流密度下循環10000次期間，電池相對于初始值的電容保持率。f）電池和其他先前報道的相似材料的Ragone圖。
圖8.FeCNFs（RuO2和Pt/C作為對照）的電化學OER性能：a）以10mV/s的掃描速率記錄的LSV極化曲線，b）由LSV曲線獲得的Tafel圖，c）在不同掃描速率下，當電壓為1.13V（vs.RHE）時的電容Δj=ja-jc，d）在1.7V（vs.RHE）下的EIS奈奎斯特圖（插圖：等效電路模型），e）在1.72V（vs.RHE）下，FeCNF-6,0電極進行OER的計時安培曲線（電流保留率與工作時間的關系），以及f）相似OER電催化劑主要性能的比較圖。
圖9.FeCNFs（RuO2和Pt/C作為對照）的電化學HER性能：a）以10mV/s的掃描速率記錄的LSV極化曲線，b）由LSV曲線獲得的Tafel圖，c）在不同掃描速率下，當電壓為0.32V（vs.RHE）時的電容Δj=ja-jc，d）在-0.6V（vs.RHE）下的EIS奈奎斯特圖（插圖：等效電路模型），e）在-0.41V（vs.RHE）下，FeCNF-6,0電極進行HER的計時安培曲線（電流保留率與工作時間的關系），以及f）相似HER電催化劑主要性能的比較圖。
圖10.通過表面活性劑-聚合物模板制備具有受控子結構的MCNFs的示意圖。
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