DOI: 10.1021/acsami.0c06254

鉴于其优异的电化学性能，人们对基于多孔碳纳米纤维的复合纳米材料进行了广泛的研究。然而，将无机组分引入多孔结构操作复杂且产率低。在这项研究中，研究人员提出了一种简单合成钴氧化物掺杂多通道碳纳米纤维（P-Co-MCNF）作为电化学应用电极材料的方法。通过相分离聚合物纳米纤维的简单氧等离子体暴露，在碳结构中直接形成氧化钴组分。P-Co-MCNF作为超级电容电极显示出高比电容（2.0 A g-1时为815 F g-1）、速率能力（1 A g-1时为821 F g-1和20 A g-1时为786 F g-1） 以及循环稳定性（5000次循环中为92.1%）。此外，在非酶传感器的应用中，对葡萄糖分子具有良好的灵敏度（低至1 nM）和选择性。

图1.含氧化钴的多通道碳纳米纤维的合成步骤示意图。

图2.在每个制备步骤后，电纺多核纳米纤维的结构变化。

图3.氧等离子体处理之前（黑色）和之后（红色）的电纺多核纳米纤维的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。

图4.含钴氧化物的多通道碳纳米纤维（P-Co MCNF）在不同功率下暴露5分钟的TEM图像：（a）100W；（b）130 W；（c）160W；（d）190W。

图5.具有不同氧等离子体暴露时间（在160 W下）的P-Co-MCNF的FE-SEM和TEM图像：（a），（b）0分钟；（c），（d）5分钟；（e），（f）10分钟。

图6.含氧化钴的多通道碳纳米纤维（P-Co-MCNF）的热重分析（TGA），未经（黑色）和经过（红色）氧等离子体处理（160W，5分钟）。

图7.（a）P-Co-MCNF的扫描隧道电子显微镜（STEM）和（b-f）电子能量损失谱（EELS）点映射：（b）整体，（c）碳，（d）钴，（e）氧，以及（f）氮。

图8.MCNF（黑色）和P-Co-MCNF（红色）的X射线衍射（XRD）光谱。

图9.（a）不同碳纳米纤维的氮气吸附-解吸和（b）孔径分布曲线：MCNF（黑色）；Co-MCNF（红色）；P-Co-MCNF（蓝色）。

图10.（a）在电压扫描速率为50 mV s-1时，不同MCNF的CV曲线（黑色：MCNF；红色：Co-MCNF；蓝色：P-Co-MCNF）。（b）以不同扫描速率（5-100 mV s-1）的P-Co-MCNF的CV曲线。（c）不同电流密度（1-20 A g-1）下P-Co-MCNF的恒电流充放电曲线。不同电流密度（1-20 A g-1）下电极的（d）比电容（Csp）和（e）电容（C）的计算值。（f）由恒电流充/放电曲线（在2 A g-1下）计算的重复循环中电极的Csp和库伦效率（黑色：MCNF；红色：Co-MCNF；蓝色：P-Co-MCNF）。

图11.（a）以不同扫描速率（10-100 mV s-1）获得的对称设备的CV曲线。（b）不同电流密度（1-20 A g-1）下对称设备的恒电流充放电曲线。（c）对称设备的长期循环性能（电流密度：2 A g-1）。（d）对称设备（紫色）与其他设备的Ragon图。

图12.（a）在添加浓度递增的葡萄糖时，P-Co-MCNF电极（在0.55 V时）的电流响应。（b）电极对不同葡萄糖浓度的灵敏度校准曲线。（c）不同分析物（抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）、多巴胺（DA）和氯化钠（NaCl））对电极的安培响应。