DOI: 10.1016/j.susmat.2022.e00393

碳-碳同素异形体杂化物表现出显著的特性，包括出色的电化学电荷存储能力。本研究合成了一种由1D碳纳米纤维（CNF）和2D石墨烯微带（GMR）组成的新型杂化材料，并将其用作锂离子电池（LIB）和钾离子电池（KIB）负极，以提高存储容量。通过一步化学气相沉积（CVD）合成工艺同时杂化CNF-GMR材料，其中使用氧化铁催化剂在石墨烯表面生长CNF。同时，通过催化切割少层石墨烯形成GMRs。这种独特的碳-碳同素异形体杂化物具有出色的结构完整性、良好的导电性（718S/m）和高比表面积（305.6g/m2）。当用作电池负极时，所制备的材料表现出高度可逆的容量（在LIB和KIB中于0.10A/g下的可逆容量分别为598mAh/g和410mAh/g），具有快速充电和放电能力以及长期循环稳定性，在1000次循环期间的库仑效率为99%。

图1.（a）超声处理EG，（b）GO悬浮液，（c）GO-FLG混合物，（d）FLG-GO-PIL，（e）FLG-GO-PIL/Fe（NO3）3的数码照片；FLG-GO-PIL复合物的SEM图像（f-g）和TEM图像（h-i），表明形成了被GO片材吸附和/或夹在中间的少层石墨烯。

图2.（a）含有碳纳米纤维（具有小直径的卷曲结构）和微带（具有波浪状结构和开放边缘的扭曲折叠微带）的碳材料的SEM图像；（b）CNFs和GMRs混合形成的花状结构材料；（c）杂化碳材料的特写图像；（d）分离的GMRs。

图3.GMRs、CNFs和杂化CNF-GMR材料的代表性TEM图像显示：（a）由少层石墨烯组成的厚GMRs，（b）竹状结构的CNFs，（c）从多层厚GMRs剥离的薄GMR，（d-g）GMR的多孔石墨结构，以及（e）CNFs和（f）GMRs的HR-TEM。

图4.FLG-GO-PIL前体和GMRs的比较（a）XRD图谱、（b）拉曼光谱、（c）XPS全谱和C1s XPS光谱，以及（d）TGA曲线。

图5.（a）CNF-GMR杂化材料和（b）仅CNF材料通过N2吸附-解吸等温线测量的比表面积及其孔径分布（插图）。

图6.配备CNF-GMR电极的（a）锂离子电池和（b）钾离子电池在0.05A/g下的恒电流充电/放电曲线；配备CNF-GMR电极的（c）LIB和（d）KIB在不同电流密度下的放电/充电曲线。

图7.（a）LIB和（b）KIB在不同电流密度下的比容量变化；CNF-GMR电极在1000mA/g下的循环性能。

图8.CNF-GMR负极在（a）Li半电池和（b）K半电池配置中的电化学性能，通过在不同扫描速率（1至10mV/s）下记录的CV曲线进行评估；根据CV曲线绘制不同扫描速率下的log（i）与log（v）图，用于定义b值；（d）不同扫描速率下电容电荷贡献的变化。

图9.（a）在300mA/g下记录的恒电流充电/放电曲线；（b）比能量与比功率的Ragone图；（c）LIC和KIC在1A/g电流密度下进行700次循环期间的循环稳定性。