DOI:10.1021/acssuschemeng.0c03246

利用低成本的可再生资源或废物资源开发先进的工程材料是可持续发展的关键。碳纳米纤维（CNFs）是碳的一维形式，其直径在亚微米和纳米范围内，在能量存储、催化和吸附等方面有着广泛的应用。木质素是近年来发展起来的一种用于生产CNFs的低成本、可生物再生前体。本综述全面介绍了通过静电纺丝技术由木质素制备碳纳米纤维的最新技术。本文首先介绍了木质素的特性，CNFs的结构和应用，尤其是储能方面的应用，以及对静电纺丝法的描述。第二部分重点介绍了用于生产电纺CNFs的不同木质素基前体配方。其中包括单独使用木质素或以不同质量比与其他聚合物混合使用（聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯吡咯烷酮）。此外，结合CNFs在相关应用中的性能，讨论了不同的制备方法以及提高CNFs织构、力学和电化学性能的策略。

图1.a）三种木质素单体；b）软木木质素的典型结构。

图2.a）木质素基静电纺丝CNFs的SEM图像（由研究小组拍摄，比例尺为5μm）；b）由缺陷石墨烯层堆叠构成的CNFs结构。

图3.a）锂离子电池的典型配置；b）超级电容器的典型配置。

图4.木质素基柔性CNF垫的示例；a）由质量比为75/25的牛皮纸木质素/PVA制备，以及b）由质量比为80/20的牛皮纸木质素/PVA制备。

图5.垂直方向的典型静电纺丝装置。

图6.使用静电纺丝技术由木质素制备CNFs的方法。

图7.a）和c）非活化的木质素基CNF的TEM图像；b）和d）活化的木质素基CNF的TEM图像。d）中的衍射图表明存在多晶石墨。a）和b）中的比例尺为50nm；a）和b）中的比例尺为5nm。

图8.a）在前体中不同木质素含量的木质素/PAN基CNFs上生长的NiCo2O4纳米片和b）纳米针[a）和b）分别为20wt％和50wt％]

图9.在a）和b）掺Pd，c）＆d）掺铁的木质素/PAN基CNFs上生长的碳纳米管。d）中的红色标记表示层间距为0.340nm。

图10.TEM图像显示在木质素/PVA基CNFs上生长的MnO2纳米晶须。在a），b）和c）中，CNF和MnO2的质量比分别为2/1、1/1和1/2。

图11.捻合的木质素/PVA电纺纤维的光学图像，其中a）23，b）44，c）54和d）78次/厘米（比例尺为500μm）；e）-h）相应CNFs的SEM图像（比例尺为200μm）。

图12.控制木质素/PEO基CNFs中融合度的示例。a）＆b）通过使用不同比例的硫酸盐木质素和相同量的PEO（30wt％）诱导不同程度的融合；在a）中使用木质素的甲醇/二氯甲烷可溶级分，在b）中使用木质素的甲醇可溶级分。c）和d）通过使用不同量的PEO和相同的木质素前体诱导不同程度的融合；c）3wt％PEO和d）10wt％PEO。比例尺：a）和b）为5μm；c）和d）为2μm。