DOI: 10.1016/j.jcis.2021.04.102

静电纺丝是一种制备一维材料的有效方法。在这项研究中，通过在氮气气氛下对电纺钴普鲁士蓝类似物（Co-Co PBA）进行碳化处理获得了嵌入钴的碳纳米纤维（Co@CNFs）。Co@CNFs含石墨碳壳包围的金属钴，具有大比表面积、高孔隙率、高石墨化度和合理的氮掺杂。上述结构优势赋予了其出色的氧还原反应（ORR）电催化性能：当j=-3mA/cm2时，起始电位为0.867V（vs.RHE）和0.784V（vs.RHE），涉及四电子转移过程。通过进一步的温和氧化处理，获得了具有纺锤状形态的嵌入Co3O4纳米粒子的氮掺杂碳（Co3O4@CNFs）。当用作锂离子电池（LIBs）负极材料时，Co3O4@CNFs具有较高的比容量、良好的稳定性和出色的倍率性能。Co3O4@CNFs负极在100mA/g电流密度下进行100次循环后的放电比容量为1404mAh/g，在2000mA/g下循环500次后可提供约500mAh/g的放电比容量。扩散和电容控制过程均有助于提高Co3O4@CNFs电极的电荷存储性能。本研究为利用简易静电纺丝技术制备优良的ORR电催化剂和LIBs负极材料提供了新的策略。

图1.6％Co@CNFs（a），Co@C（b）和PAN-C（c）的SEM图像。6％Co@CNFs的TEM图像（d），HRTEM图像（e-f）和SAED图谱（g）。

图2.6％Co@CNFs、Co@C和PAN-C的XRD图（a）。6％Co@CNFs的拉曼光谱（b）和N2吸附-解吸等温线（c，插图：孔径分布）。样品的比表面积和孔体积（d）（1：4％Co@CNFs，2：6％Co@CNFs，3：8％Co@CNFs，4：Co@C）。

图3.6％Co@CNFs中Co2p（a），N1s（b），C1s（c）和O1s（d）的高分辨率XPS光谱。

图4.6％Co@CNFs、Co@C、Pt-C和PAN-C在0.1M O2饱和KOH电解质中于1600rpm转速下的LSV曲线（a）。样品的起始电位以及在j=-3mA/cm2下的电位（b）。6％Co@CNFs的RRDE测量（c）。6％Co@CNFs的过氧化氢产率（红色曲线）和电子转移数（黑色曲线）（d）。6％Co@CNFs和Co@C在0.45V（vs.RHE）下的Jk值（e）。6％Co@CNFs、Co@C、Pt-C和PAN-C的Tafel图（f）。

图5.Co3O4@CNFs的SEM图像（a），HRTEM图像（b），SAED图（c），XRD图（d），以及Co2p（e）和N1s（f）的高分辨率XPS光谱。

图6.在0.01-3.00V（vs.Li+/Li）的电压窗口中，当扫描速率为0.2mV/s时，Co3O4@CNFs的前五个循环CV曲线（a）。当电流密度为100mA/g时，不同循环次数下的恒电流充放电曲线（b）。当电流密度为100（c）和2000（d）mA/g时的循环性能。不同电流密度（100-2000mA/g）下的倍率性能（e）。Co3O4@CNFs在不同扫描速率下的CV曲线（f）。Co3O4@CNFs峰值电流与扫描速率之间的对应关系（g）。Co3O4@CNFs在不同扫描速率下的电荷贡献（h）。