Nature Communications：基于海綿狀多孔碳納米纖維的多功能柔性高導電膜

DOI：10.1038/s41467-019-13430-9

導電多孔碳納米纖維有望用于環境、能源和催化應用。然而，同時增加其孔隙率和電導率仍然具有挑戰性。在這里，本文報道了化學交聯靜電紡絲，一種宏觀-微觀的雙相分離方法，可合成具有高于80％的超高孔隙率和980 S cm^-1的出色電導率的連續多孔碳納米纖維。用硼酸作為交聯劑，聚四氟乙烯和聚乙烯醇交聯在一起形成水溶膠網，然后將其電紡成纖維狀薄膜。經過氧化和熱解后，初生纖維轉變為B-F-N三重摻雜的多孔碳納米纖維，具有良好的宏觀-中觀-微孔控制，約為750 m² g^-1的大表面積。海綿狀多孔碳納米纖維具有顯著降低的傳質阻力，在氣體吸附、污水處理、液體存儲、超級電容器和電池方面表現出多功能。所報道的方法允許綠色合成高性能多孔碳納米纖維，作為可用于多種應用的新的平臺材料。

圖1.B-N-F三重摻雜的海綿狀PCNFs的制備。a使用化學交聯靜電紡絲法合成PCNFs的概圖。b初紡膜的數碼照片，尺寸為70厘米×55厘米。c-e初紡纖維、氧化纖維和PCNFs的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。f PCNFs的EDS譜圖。G擬議的B-N-F摻雜PCNFs的化學模型。

圖2.PCNF膜的表征。a厚度為210 μm的PCNF膜的橫截面SEM圖像。b具有連續大孔的PCNFs的高倍SEM圖像。c，d單個PCNF的TEM圖像。e展示了獨立式PCNF膜的堅固性。f，g PCNFs的N₂吸附-解吸等溫線。h具有不同熱解溫度的PCNFs的拉曼光譜。i產生不同熱解溫度和PVA含量的PCNFs的電導率。

圖3.PCNF膜的實際應用。a在1200℃下制備的PCNF-50％PVA薄膜的拉伸應力-應變曲線。b PCNF膜和組織之間彎曲剛度的比較。c-e PCNFs的CO₂吸附性能、超疏水性能和染料吸收性能。f使用PCNFs吸收MB染料的紫外光譜表征。g PCNFs的有機溶劑潤濕性和h液體存儲性能。

圖4.PCNF膜的電化學性能。a-d在帶有鋰離子電解質的超級電容器中，獨立式PCNF電極的性能。循環前PCNF電極的阻抗譜。b在1 Ag^-1的電流密度下CP曲線。c四種不同掃描速率下的CV曲線。d在1 Ag^-1下的長循環性能。e-i Li-S電池中PCNF-S陰極的性能。e 1C和5C時的恒電流電壓曲線。f 掃描速率為0.1 mV s^-1時的連續CV曲線。g在1C時的長循環性能。h，i分別在1C進行50次循環后，新鮮電極和電極的表面形態。