DOI: 10.1016/j.jcou.2021.101434

通过简单的静电纺丝和热解工艺，成功制备了掺杂四种不同金属氧化物（氧化镁（MgO）、二氧化锰（MnO2）、氧化锌（ZnO）和氧化钙（CaO））的活性炭纳米纤维（ACNFs）。对静电纺丝和热解工艺参数进行了优化，合成了用于CO2捕集的多孔ACNFs复合材料。利用77K下的N2吸附等温线研究了ACNFs复合材料的多孔性和织构特征，并通过TEM和FE-SEM观察了复合材料的特征和形态。借助EDX和拉曼光谱分析了ACNFs的元素组成。结果表明，与原始ACNFs（ACNF1）和其他ACNFs复合材料相比，掺入MgO（ACNF2）的ACNFs具有最大的比表面积（413m2/g）和最大的微孔体积（0.1777cm3/g）。与其他样品相比，ACNF2的最小纤维直径为357.8±16.7nm。通过EDX分析证实所有金属氧化物成功掺入电纺纤维中。所有合成ACNFs的拉曼光谱中均存在D峰和G峰，这表明其具有碳基材料结构。正如预期的那样，与其他ACNFs样品相比，ACNF2在298K下的最高CO2吸附量为60cm3/g，这与N2吸附量相当。通过体积吸附法测定了最佳复合样品（ACNF2）在三种不同温度（273、298和318k）以及压力为1bar时的CO2吸附/解吸等温线，并与ACNF1进行比较。结果表明，CO2的吸附量与温度的升高成反比，随着温度的升高，CO2的吸附量降低。上述结果表明，在实际条件下，MgO的加入使ACNFs的理化性质得到了最佳的改善，从而提高了ACNFs对CO2的吸附性能。

图1.原始和金属氧化物掺杂ACNFs的孔径分布。

图2.所得ACNFs样品的氮气吸附等温线。

图3.（a）ACNF2，（b）ACNF3，（c）ACNF4和（d）ACNF5的EDX光谱和映射。

图4.两种不同放大倍率（10,000×和25,000×）下ACNFs样品的纤维直径和形态结构的比较：（a-b）ACNF1，（c-d）ACNF2，（e-f）ACNF3，（g-h）ACNF4和（i-j）ACNF5。

图5.所有不同金属氧化物掺杂ACNFs的拉曼光谱。

图6.所有ACNFs在25℃以及1bar下的CO2吸附等温线。

图7.（a）ACNF1和（b）ACNF2在1bar以及不同吸附温度（273、298和313K）下的CO2吸附/解吸等温线。