DOI: 10.1016/j.jece.2021.105437

纳米技术为维持可再生资源和未来生态系统提供了新的方法和前景。纳米纤维形态材料是解决各种能量和环境问题的理想材料。静电纺丝是一种简单且经济高效的技术，可以有效地制备出纳米纤维。由一维电纺聚合物纳米纤维制成的三维（3D）、高压缩性且坚固的气凝胶在生物工程、电气设备和储能等领域具有广泛的技术意义。然而，经证实由这些电纺聚合物纳米纤维开发出气凝胶是极具挑战性的。本文综述了结合静电纺丝纳米纤维与多种纤维冷冻成型技术制备具有分层细胞结构和超弹性的三维结构气凝胶的新策略。本文分为以下几个部分，第一部分介绍了气凝胶制备技术，重点是如何利用静电纺丝技术增强气凝胶。然后着重分析了纳米纤维素衍生气凝胶和几丁质，该部分的重点是纳米纤维网络气凝胶和能量存储的潜在特性。然后对电纺纳米纤维和电纺碳纳米纤维气凝胶的应用进行了界定。接下来，作者以由轻质碳纳米纤维气凝胶制成的能量转换器、二次电池电极和超级电容器为例进行了简要说明。综上所述，本工作为相关潜在研究指明了方向。

图1.根据尺寸对纳米材料进行分类。

图2.纤维素的来源和化学结构。

图3.在储能应用中，电纺聚合物纳米纤维衍生气凝胶的类型。

图4.（a）NCC，（b）NFC，（c）细菌纳米纤维素（BNC）的显微图像比较。

图5.几丁质的来源和化学结构。

图6.超级电容器用3D分层多孔碳气凝胶/聚吡咯（PPy）复合材料的制备。

图7.a）CNC/PPyNF、CNC/PPy-CNT或MnO2-NP混合气凝胶在空气（实心符号）和饱和Na2SO4溶液（空心符号）中的压缩应力-应变曲线。b）在饱和Na2SO4溶液中于0％和80％应变下进行循环压缩测试。c）在0％-80％的压力下进行400次循环压缩后，混合气凝胶的形状恢复性能。

图8.a）水中气凝胶，原始气凝胶（黑色）和含（PAH/HA）5的气凝胶（灰色）的可逆压缩应变与应力的关系。插图：（PAH/HA）5的可逆压缩应变/应力高达95％应变。b）在压缩/未压缩状态下，压缩/电阻测量设置中的（PEI/SWCNT）5气凝胶。c）由两个（PEI/SWCNT）5气凝胶夹一个逆电流器组成的超级电容器装置，顶部和底部连接到负极和正极石墨箔。d）恒电流循环。e）超级电容器性能（循环伏安图）。

图9.柔性电极CF-CNF/MWCNT/MnO2和CF-CNF/MWCNT/AC的结构示意图，以及柔性ASCs的开发。CF-CNF/MWCNT/AC和CF-CNF/MWCNT电极在5mV/s下的CV曲线。GCD曲线以及实际电容随不同电流密度（1-20mA/cm2）的变化。

图10.通过将三维多孔细菌纤维素/MXene混合气凝胶掺入聚乙二醇中，制备出形状稳定的复合相变材料，该相变材料具有非常高的相变焓，可用于太阳能热存储。

图11.（a）ChNF气凝胶的SEM图像。（b）ChNF气凝胶的微观结构，代表性120mg ChNc气凝胶的SEM图像，其中（c）显示了ChNc的多孔网络和聚集，（d）在更高放大倍率下的高度多孔ChNF网络。

图12.用于静电纺丝实验的实验室设置，其中电极呈垂直分布：a）水平设置，b）垂直设置。

图13.由CNF/PEI气凝胶薄膜与PVDF纳米纤维毡制成的TENG的示意图，以及电纺气凝胶的性能。

图14.在各种碳化温度下生产的CNF复合材料的SEM图像和纤维直径分布：（a）Si/CNF-800，（b）Si/CNF-900和（c）Si/CNF-1000。

图15.Ragone图中NFC气凝胶、BC气凝胶、ChNc气凝胶和静电纺丝聚合物衍生气凝胶的能量密度和功率密度总结。

图16.静电纺丝聚合物纳米纤维衍生气凝胶的能量存储应用。

图17.CNF-TiO2纳米复合气凝胶的形成过程示意图。

图18.合成过程的示意图。（a）将超薄TeNW模板分散在D（+）-氨基葡萄糖盐酸盐溶液中，并通过在180℃下对该混合物进行水热处理来形成由Te-N-C纳米电缆组成的整体式湿凝胶。（b）大规模制备体积为1.6L的N-CNFs凝胶。（c）和（d）不同放大倍率下HTC N-CNFs气凝胶的SEM图像。（c）中的插图显示了通过超临界干燥获得的N-CNFs气凝胶的数码照片。

图19.（a）制备o-PAN/PAA气凝胶、o-PAN/PI气凝胶、oPP碳气凝胶和oPP-MnO2混合碳气凝胶的示意图。（b）用于比较oPP-0和oPP-33.3碳气凝胶耐应力性的数码照片，（c）oPP-33.3碳气凝胶的典型FESEM图像，（d）站在蒲公英上的oPP-33.3碳气凝胶的数码照片。