DOI:10.1021/acsaem.0c02571

大多数氧化铁基电极材料在长期运行过程中都是不稳定的，尤其是在酸性环境中。本研究合理设计了一种制备耐酸自支撑氧化铁修饰碳纳米纤维（CNF）的简便方法。通过一步静电纺丝β-环糊精（β-CD），乙酰丙酮铁（Fe-ac）和聚丙烯腈（PAN）溶液以及随后的碳化处理，制备了碳包封氧化铁复合碳纳米纤维（FeOx@C-CNF），该材料在酸性溶液中具有良好的柔性和高稳定性。在β-CD和Fe-ac的热解过程中，氧化铁颗粒周围形成了一层均匀的碳保护层（约3.5nm）。在1M H2SO4电解质中，所制备的FeOx@C-CNF在0.5A·g-1下显示出341.3F·g-1的高比电容，远高于在KOH和Na2SO4电解质溶液中的电容。FeOx@C-CNF基超级电容器电池在0.71kW·kg-1的功率密度下实现了45.2Wh·kg-1的高能量密度和出色的循环稳定性（80000次循环后保留率达99.8％）。氧化铁周围的碳保护层使FeOx@C-CNF在酸性溶液中具有极好的稳定性。综上，本研究所提出的策略为应用于酸性介质的超级电容器和其他电化学装置提供了一种合适的电极材料。

图1.FeOx@C-CNF的制备过程示意图以及FeOx核上碳胶囊壳的可能形成机理。

图2.（a）FeOx-C-CNF，（b）HCl处理FeOx@C-CNF，（c）FeOx-CNF和（d）HCl处理FeOx-CNF的SEM图。

图3.（a）FeOx@C-CNF的TEM和（b）代表性高分辨率TEM图像。（c）FeOx@C-CNF的C、Fe、O和N元素映射。

图4.（a）FeOx@C-CNF的XRD图谱和（b）XPS全扫描光谱。（c）O1s和（d）Fe2p的高分辨率XPS光谱。

图5.FeOx-C-CNF和FeOx@C-CNF的（a）N2吸附-解吸等温线和（b）孔径分布（通过密度泛函理论（DFT）模型模拟）。

图6.（a）FeOx@C-CNF在不同电解质中的CVs（1mV·s-1）。（b）在1M H2SO4电解质中的GCD曲线。（c）FeOx@C-CNF（1M H2SO4、6M KOH和1M Na2SO4）的比电容和（d）奈奎斯特图。

图7.（a）在1M H2SO4中，FeOx@C-CNF在1mV·s-1下的分离CV曲线。阴影区域代表表面电容电荷，而非打印区域代表扩散控制电流贡献。（b）在不同的扫描速率下，扩散控制电荷和电容电荷的电容比。

图8.（a）FeOx@C-CNF//FeOx@C-CNF电池在1M H2SO4中的CV和（b）GCD曲线。（c）超级电容器电池在5A·g-1的电流密度下进行8000次循环的电容保持率，以及（d）电池的Ragone图。