DOI:10.1016/j.indcrop.2020.112181

纯生物质基纳米碳纤维（CNFs）的形态崩溃是由于纤维素的热稳定性差造成的。受大自然的启发，纤维素和木质素在树木中通过共价键连接，使木材具有延展性和稳定性。在本研究中，研究者提出一个有效的策略来模拟这种生物结构，以制备生物质基CNFs。利用环氧氯丙烷（ECH）在木质素和醋酸纤维素（CA）之间形成共价键，作为一种新型前驱体材料。随着共价键的引入，前驱体材料不仅表现出纤维素的可纺性，而且还具有木质素的热稳定性。碳化后，制备出了纯生物质基CNFs，该材料具有独立的纤维形态、均匀的直径、较大的比表面积和储能容量等。以10%ECH含量的CNFs-6为超级电容器，得到了320.3 F/g的比电容。同时，生物质基CNFs超级电容器装置在功率密度为400 W/kg时，可提供30.2 Wh/kg的高能量密度。结果表明，引入共价键能有效地显著提高储能性能。这一新颖策略为制备高质量、低成本的生物质基CNFs提供了一条成功的途径。

图1.（a）添加不同量ECH制备的PNFs的GPC色谱图，PNFs和SNFs的FT-IR光谱。

图2.（a）添加不同量ECH制备的PNFs和（b）SNFs的DSC曲线，（c）SNFs的TGA曲线。

图3.添加不同量ECH制备的前驱体纳米纤维的SEM图像，（a）PNFs-1（ECH/CA+木质素质量比：0/100），（b）PNFs-2（ECH/CA+木质素质量比：2/100），（c）PNFs-3（ECH/CA+木质素质量比：4/100），（d）PNFs-4（ECH/CA+木质素质量比：6/100），（e） PNFs-5（ECH/CA+木质素质量比8/100），（f）PNFs-6（ECH/CA+木质素质量比10/100）。

图4.不同条件下制备的碳纳米纤维的扫描电镜图像，（a）CNFs-1（ECH/CA+木质素质量比：0/100），（b）CNFs-2（ECH/CA+木质素质量比：2/100），（c）CNFs-3（ECH/CA+木质素质量比：4/100），（d）CNFs-4（ECH/CA+木质素质量比：6/100），（e） CNFs-5（ECH/CA+木质素质量比8/100），（f）CNFs-6（ECH/CA+木质素质量比10/100）。

图5.（a）CNFs的吸附容量，（b）XRD图谱，（c）拉曼光谱。

图6.（a）扫描速度为10 mV/s时CNFs的CV曲线，（b）电流密度为1 A/g时CNFs的GCD曲线，（c）添加不同量ECH的CNFs的EIS曲线。

图7.用1 mol/L Na2SO4在双电极体系中测定CNFs-6的电化学性质。（a）在不同工作电压下电极在100 mV/s下的CV曲线和（b）1 A/g时的GCD曲线，（c）在5到200 mV/s的不同扫描速度下的CV曲线，（d）在0.5到5 A/g的不同电流密度下的GCD曲线，（e）在不同电流密度下的重力电容，（f）基于CNFs-6超级电容的Ragone图。