DOI:10.1016/j.ijbiomac.2019.11.237

传统的碳纳米纤维（CNF）中引入杂原子的热后改性方法普遍存在制备成本高、需要额外化学试剂等缺点。在此基础上，提出了一种基于空气等离子体技术的木质素基碳纳米纤维（LCNF）中引入氧/氮的方法。空气等离子体产生的大量自由基（N，O₂⁺，O⁺，O₂^-，O^-）使等离子体修饰的LCNF（P-LCNF）中的氧（15.24 wt.%）和氮（11.48 wt.%）含量较高。此外，空气等离子体还导致P-LCNF表面粗糙。利用氧氮共掺杂和粗糙表面的协同作用，P-LCNF的水接触角降低了64%。在6.0mol/L的KOH电解液中，P-LCNF电极具有优良的比电容（1.0A/g时为344.6F/g）、良好的倍率性能（68.5%的电容保持率）、较低的内阻（0.34Ω）以及2000次循环后102.4%的电容保持率。

图1. DBD空气等离子体改性制备氧氮共掺杂LCNF的工艺流程示意图。

图2. LCNF和P-LCNFs的FE-SEM图像（插图是高倍放大图像）（a）和XRD光谱（b）；LCNF和P-LCNF-5的拉曼光谱（c，d）；LCNF和P-LCNFs的N₂吸附-解吸等温线（e）和孔径分布（f）。

图3. LCNF和P-LCNFs的XPS光谱（a）；LCNF和P-LCNF-5的C1s峰（b，c）和N1s峰（d，e）的高分辨率XPS；LCNF和P-LCNFs的水接触角（插图为光学接触角图）（f）；DBD空气等离子体的OES光谱（g）；LCNF表面上DBD空气等离子体改性的示意图（h）。

图4. 扫描速率为5 mV/s的CV曲线（a）；GCD在1.0 A/g的电流密度下弯曲（b）; 奈奎斯特曲线。（插图为放大的细节）（c）；电流密度的比电容为0.5至10 A/g（d）；电流密度为10 A/g时的循环性能（e）。