储能装置是广泛应用于便携式电子产品和电动汽车等的主要电源。其中，超级电容器受到越来越多的关注，杂原子掺杂碳基材料具有良好导电性、丰富活性位点、化学惰性、环境友好、安全、成本低等优点，成为制备超级电容器候选材料之一。金属有机骨架(MOFs)具有可调的组成和多孔结构，是制备杂原子掺杂碳质纳米结构的理想前驱体。虽然近年来取得了一定的进展，但仍存在一些问题。如：合成过程复杂、低导电率、表面低活性位点、离子低扩散率等。
图1 氮掺杂纳米纤维碳(N-NFC)的制备过程示意图。
近日，南京工业大学孙庚志教授和新加坡南洋理工大学An Jianing团队通过在电纺聚合物纳米纤维上负载尺寸和形态均匀的MOF粒子，构建了高性能超级电容器材料。聚合物侧链上的极性基团与金属离子之间的强相互作用促进了MOF成核，而位阻使MOF成核过程中的尺寸和形态具有良好的均匀性。在高温热解过程中，将制备好的核壳纳米纤维转化为氮掺杂纳米纤维碳(N-NFC)。制备的N-NFC具有高导电性的一维纳米纤维结构、中空碳骨架具有均匀的尺寸和形貌、具有大量高表面积的微孔/中孔，此外，较高的N掺杂量。作为超级电容器电极材料，N-NFC具有良好的电化学性能、高比电容、高能量/功率密度、离子扩散速率快、循环稳定性好等特点。
图2 (a)没有聚合物纳米纤维存在的ZIF-8粒子的SEM图像。(b-c)固体结构碳化后ZIF8的SEM和TEM图像。(d) PAN@ZIF-8, (e) PVA@ZIF-8, (f) PLA@ZIF-8的SEM图像。(g)不含PAN纳米纤维或(h)包覆PAN纳米纤维的MOF(以ZIF-8为例)生长机理示意图。
