DOI:10.1016/j.jelechem.2020.114473

由于碳产量和分子柔性的限制，通过生物质材料制备连续多孔碳纳米纤维（CNFs）用于当前的超级电容器（SCs）仍然具有一定的挑战性。在这项工作中，通过静电纺丝壳聚糖（CS）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的植酸溶液并随后进行关键的分段碳化，以可控的方式制备了P和N双重掺杂的一维多孔碳纳米纤维（PNF）。由于超高的比表面积、极低的电荷转移电阻以及N/P双重掺杂对伪电容器的贡献，所制备的PNF在1 A g-1的电流密度下显示出358.7 F g-1的最高比电容。更值得注意的是，由PNF组装的对称SC在电流密度为0.5 A g-1时可实现94 F g-1的优异电容，在功率密度为248 W kg-1时可实现13.1 W h kg-1的高能量密度，此外，在10000次循环后电容保持率高达87.5％。坚信本文所涉及的碳纳米纤维的制备方法和性能研究对移动电源具有深远的启示。

图1.（a）PNF的制备示意图。（b）对称的SC结构。

图2.（a-b）CS纳米纤维的FESEM图像。（c-d）0.2-PNF的FESEM图像。（e-f）0.2-PNF的TEM图像。（g）0.2-PNF样品的HRTEM图像。（h）0.2-PNF的SAED图谱。（i）0.2-PNF中C、N、O和P的元素映射。（j）CS纳米纤维的纤维直径分布。（k）PNFs的纤维直径分布（0.2-PNF）。

图3.（a）所有样品的XRD图谱。（b）所有样品的拉曼光谱。

图4.（a）所有样品的N2吸附和解吸等温线。（b）不同样品的孔径分布。

图5.（a）PNFs的XPS全扫描光谱。（b）0.2-PNF的高分辨率C1s光谱。（c）0.2-PNF的高分辨率N1s光谱。（d）0.2-PNF的高分辨率O1s光谱。（e）0.2-PNF的高分辨率P2p光谱。（f）碳骨架中杂环N、O、H和P原子的示意图。（g）0-PNF、0.1-PNF、0.2-PNF和0.3-PNF的接触角测试。

图6.PNF的电化学性能：（a）奈奎斯特图，（b）CV曲线，（c）在1 A g-1电流密度下的GCD曲线。（d）不同电流密度下的比电容。（a）的插图显示了高频区域的奈奎斯特图和等效电路图。

图7.（a）0.2-PNF//0.2-PNF的结构和工作机理。（b）0.2-PNF//0.2-PNF在各种扫描速率下的CV曲线。（c）0.2-PNF//0.2-PNF在不同电流密度下的GCD曲线。（d）不同电流密度下的比电容。（e）不同循环期间的GCD曲线。（f）10000次循环后的电容保持率和库仑效率。（d）中的插图是0-PNF//0-PNF在不同电流密度下的GCD曲线。（f）中的插图是10000次循环之前和之后的奈奎斯特图。

图8.0.2-PNF//0.2-PNF和0-PNF//0-PNF的Ragone图。