DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104935

转化型和合金型纳米材料具有广泛的电化学应用潜力，但严重的团聚和结构损坏阻碍了其作为坚固电极的成功应用。在这方面，需要二级基质来分离这种电活性材料并同时提供导电网络。然而，在环境条件且没有额外能量输入的情况下，制备这种分层结构仍然是一项重大挑战。本文报告了一种通用的同轴电纺丝辅助阴离子交换策略可在三维聚合物网络内构建金属-有机骨架（MOF）衍生的纳米结构，该过程发生在室温下的水溶液中，以同时进行成分和结构转化。这种原位合成方法导致电活性材料的分散体系结构。作为概念应用的证明（例如锂离子电容器），在碳纳米纤维上合成了分散良好的MOF衍生CoSnx纳米颗粒，并显示出高能量、高速率和强大的Li+存储能力。因此，这项工作有助于开发一种通用的MOF基成分和结构演变策略，以实现高性能电化学应用。

图1.复合纳米纤维膜的合成方案。（a）ZIF-67@PAN纳米纤维膜的同轴静电纺丝。（b）在环境条件下的阴离子交换过程，以2-MI被Sn（OH）62-代替为例。（c）随后的退火工艺，将PAN转化为碳纳米纤维，并将CoSn（OH）6嵌入到分散良好的CoSnx纳米粒子中。

图2.阴离子交换过程后复合纳米纤维的SEM图像。ZIF-67@PAN浸入以下水溶液中：（a-b）Na2SnO3，（c-d）NH4VO3，（e-f）Na2MoO4，（g-h）Na2WO4。

图3.CoSnx@CPAN纳米纤维的组成和形态。（a）XRD光谱，（b）低倍SEM图像，插图是退火膜的照片，（c）高倍SEM图像，（d）TEM图像，（e）HRTEM图像，插图是所选区域的缩小FFT图像，（f）STEM图片，（g）C、（h）Co和（i）Sn元素的EDS映射结果。

图4.CoSnx@CPAN的表征。（a）TGA曲线，（b）XPS全扫描光谱，（c）Co 2p和（d）Sn 3d的XPS轨道光谱。

图5.CoSnx@CPAN的半电池性能（0.01-3.0 V，与Li/Li+相比）。（a）初始充放电曲线。（b）倍率容量结果。（c）不同电压扫描速率下的CV曲线。虚线标记了负极峰值电流的位置，用于计算b值。（d）循环稳定性和库仑效率。（e）在开路电势和0.1-105 Hz以内的循环稳定性测试前后的EIS光谱。

图6.以CoSnx@CPAN为负极、PDPC为正极的全电池性能（1.5-4.2 V）。（a）全电池LIC设备的示意图，（b）来自三电极设备的CV曲线，（c）CV曲线，（d）GCD曲线，（e）Ragone图，（f）在2 A g-1下的循环稳定性和库伦效率。