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Ionics:静电纺丝法制备木质素衍生的氮掺杂聚丙烯腈/聚苯胺碳纳米纤维,用于能量储存
2020/5/18 11:17:11 易丝帮

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。

 

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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


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图2.LCNFs/PANI/N-9的TEM图像(a)和直径分布(b)


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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

 

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