DOI: 10.1021/acsami.0c06254
鑒于其優異的電化學性能，人們對基于多孔碳納米纖維的復合納米材料進行了廣泛的研究。然而，將無機組分引入多孔結構操作復雜且產率低。在這項研究中，研究人員提出了一種簡單合成鈷氧化物摻雜多通道碳納米纖維（P-Co-MCNF）作為電化學應用電極材料的方法。通過相分離聚合物納米纖維的簡單氧等離子體暴露，在碳結構中直接形成氧化鈷組分。P-Co-MCNF作為超級電容電極顯示出高比電容（2.0 A g-1時為815 F g-1）、速率能力（1 A g-1時為821 F g-1和20 A g-1時為786 F g-1） 以及循環穩定性（5000次循環中為92.1%）。此外，在非酶傳感器的應用中，對葡萄糖分子具有良好的靈敏度（低至1 nM）和選擇性。
圖1.含氧化鈷的多通道碳納米纖維的合成步驟示意圖。
圖2.在每個制備步驟后，電紡多核納米纖維的結構變化。
圖3.氧等離子體處理之前（黑色）和之后（紅色）的電紡多核納米纖維的傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）。
圖4.含鈷氧化物的多通道碳納米纖維（P-Co MCNF）在不同功率下暴露5分鐘的TEM圖像：（a）100W；（b）130 W；（c）160W；（d）190W。
圖5.具有不同氧等離子體暴露時間（在160 W下）的P-Co-MCNF的FE-SEM和TEM圖像：（a），（b）0分鐘；（c），（d）5分鐘；（e），（f）10分鐘。
圖6.含氧化鈷的多通道碳納米纖維（P-Co-MCNF）的熱重分析（TGA），未經（黑色）和經過（紅色）氧等離子體處理（160W，5分鐘）。
圖7.（a）P-Co-MCNF的掃描隧道電子顯微鏡（STEM）和（b-f）電子能量損失譜（EELS）點映射：（b）整體，（c）碳，（d）鈷，（e）氧，以及（f）氮。
圖8.MCNF（黑色）和P-Co-MCNF（紅色）的X射線衍射（XRD）光譜。
圖9.（a）不同碳納米纖維的氮氣吸附-解吸和（b）孔徑分布曲線：MCNF（黑色）；Co-MCNF（紅色）；P-Co-MCNF（藍色）。
圖10.（a）在電壓掃描速率為50 mV s-1時，不同MCNF的CV曲線（黑色：MCNF；紅色：Co-MCNF；藍色：P-Co-MCNF）。（b）以不同掃描速率（5-100 mV s-1）的P-Co-MCNF的CV曲線。（c）不同電流密度（1-20 A g-1）下P-Co-MCNF的恒電流充放電曲線。不同電流密度（1-20 A g-1）下電極的（d）比電容（Csp）和（e）電容（C）的計算值。（f）由恒電流充/放電曲線（在2 A g-1下）計算的重復循環中電極的Csp和庫倫效率（黑色：MCNF；紅色：Co-MCNF；藍色：P-Co-MCNF）。
圖11.（a）以不同掃描速率（10-100 mV s-1）獲得的對稱設備的CV曲線。（b）不同電流密度（1-20 A g-1）下對稱設備的恒電流充放電曲線。（c）對稱設備的長期循環性能（電流密度：2 A g-1）。（d）對稱設備（紫色）與其他設備的Ragon圖。
圖12.（a）在添加濃度遞增的葡萄糖時，P-Co-MCNF電極（在0.55 V時）的電流響應。（b）電極對不同葡萄糖濃度的靈敏度校準曲線。（c）不同分析物（抗壞血酸（AA）、尿酸（UA）、多巴胺（DA）和氯化鈉（NaCl））對電極的安培響應。
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