DOI:10.1007/s11581-020-03603-8
在本文中，研究者通过聚丙烯腈（PAN）与用作可持续碳前驱体的木质素合成了碳纳米纤维（CNFs），并对聚苯胺（PANI）进行涂覆以获取较高N掺杂量的CNFs。所获得的木质素衍生的氮掺杂聚丙烯腈/聚苯胺碳纳米纤维（LCNFs/PANI/N-9）具有出色的性能，例如483.1 m2 g-1的大比表面积，9.1 nm的均匀孔径分布，高度石墨化结构，氮掺杂量高达6.31wt％。CNFs的均匀直径允许较短的离子扩散路径和高效的电子传输。并且LCNFs/PANI/N-9的最高比电容在1 A g-1时增加到199.5 F g-1。此外，在电流密度为4 A g-1的情况下，经过1000次充放电循环后，N掺杂的CNFs表现出优异的循环稳定性和82％的电容保持率。这项研究为廉价且可再生生物质的高价值应用开辟了新的前景。
图1.PAN/木质素纳米纤维（a）、LCNFs-8（b）、LCNFs/N-8（c和d）和LCNFs/PANI/N-9（e和f）的SEM显微照片
图2.LCNFs/PANI/N-9的TEM图像（a）和直径分布（b）
图3.（a）LCNFs/PANI/N-9的SEM图像，以及LCNFs/PANI/N-9的EDS图：b-C元素，c-N元素，d-O元素
图4.两种纳米纤维（LCNFs/PANI/N-8和LCNFs/PANI/N-9）的X射线衍射图（XRD）图
图5.LCNFs/PANI/N-9样品的（a）C 1s和（b）N 1s XPS光谱。（c）LCNFs/PANI/N-9的XPS全扫描光谱和（d）LCNFs/PANI/N-9的示意性结构
图6.（a）LCNFs/PANI/N-8和9的氮气吸附和解吸等温线和（b）孔径分布
图7.（a）LCNFs/PANI/N-8和（b）LCNFs/PANI/N-9在不同扫描速率（即5、10、20、50、100和200 mV s-1）下的CV曲线。（c）不同CNF样品在5 mV s-1的扫描速率下的CV曲线。（d）电流密度为1 A g-1时不同CNF样品的充电/放电（CD）循环曲线。（e）LCNFs/PANI/N-9在一系列电流密度下的CD曲线
图8.（a）纯CNF和不同LCNF样品的奈奎斯特图。（b）LCNFs/PANI/N-9在4 A g-1的电流密度下的循环性能
图9.储存反应过程中N掺杂CNFs中离子扩散和电荷传输途径的示意图
