由于鉀供應充足，鉀離子電池（PIBs）被認為是鋰離子電池（LIBs）的一種有前途的替代電池系統。碳質材料是這些電池的首選負極材料。然而，碳質負極材料的電化學性能仍不盡人意，在一定程度上阻礙了PIBs的發展。在這項工作中，以尿素作為氮源，通過煅燒細菌纖維素合成了氮摻雜碳納米纖維（N-CNFs）。當用作PIBs負極材料時，經250次循環后N-CNFs在0.2C下表現出205mAh/g的穩定比容量，在5.0C下表現出149.7mAh/g的出色倍率性能。氮摻雜結構可以促進K+和電子傳導，這將有效提高電極的電化學性能。此外，原位X射線光電子能譜和X射線衍射圖譜分析說明了K+在N-CNF電極中的可逆嵌入。
圖1.（a）N-CNFs的SEM圖像和（b,c）TEM圖像。（c）中的插圖顯示了高分辨率TEM圖像。（d）HAADF-STEM圖像以及C（紅色）、N（綠色）和O（藍色）的相應元素分布圖。
圖2.（a）N-CNFs和CNFs的XPS全掃描光譜。（b）N-CNFs的高分辨率N1s光譜以及（c）N-CNFs中三種氮缺陷的示意圖，包括石墨-N、吡啶-N和吡咯-N。（d）N-CNFs和CNFs的N2吸附等溫線。
圖3.（a）N-CNFs在0.1mV/s的掃描速率下的CV曲線。（b）N-CNFs在0.2C時的恒電流曲線，插圖顯示了N-CNFs和CNFs的第一次循環。（c）N-CNFs和CNFs電極的循環和（d）倍率性能。
圖4.（a,b）第一次循環中新鮮、完全放電和充電狀態下N-CNF電極的非原位拉曼光譜，D和G帶的峰強度比（ID/IG）以及（c）XRD圖譜。（d）第一次循環中完全放電狀態下N-CNFs的原位TEM和元素映射表征。
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