DOI: 10.1016/j.carbon.2022.03.079

设计SnO2/碳复合材料是提高SnO2导电性并缓冲体积膨胀的有效策略。然而，将SnO2和碳材料紧密结合以形成稳定的整合体仍然是一项挑战。本文报道了一种简便且通用的策略，将Sn/SnO2纳米点紧密锚定在石墨烯量子点（GQDs）修饰碳纳米纤维（CNFs）中，用于高性能超级电容器。通过简单的静电纺丝方法和碳化还原过程，GQD/CNF新型多维碳骨架有效提高了导电性，重要的是，构建了丰富的Sn-O-C共价键，以将SnO2纳米点紧密锚定在GQD/CNF中，从而抑制SnO2聚集，促进电子/离子转移动力学。因此，作为自支撑且无粘合剂的电极材料，Sn/SnO2/GQD/CNF在1A/g时显示出168.6mAh/g（1349F/g）的高比电容和优异的倍率性能（20A/g下的保持率为88.9%）。此外，基于Sn/SnO2/GQD/CNF和GQD/CNF的柔性固态非对称超级电容器在800W/kg的功率密度下实现了32.3Wh/kg的高能量密度，具有显著的柔性和循环稳定性（5000次循环后保留率为86.1%）。其优异的电化学性能表明，这种新型碳骨架锚定活性材料在电化学储能应用中具有巨大的潜力。

图1.Sn/SnO2/GQD/CNF正极和GQD/CNF负极及其组装成柔性非对称超级电容器的路线示意图。

图2.（a-b）纯CNFs、（c-d）Sn/SnO2/CNF和（e-f）Sn/SnO2/GQD/CNF的SEM照片。Sn/SnO2/GQD/CNF的能量色散X射线光谱映射分析：（g）扫描区域，（h）C，（i）N，（j）O和（k）Sn。

图3.（a-c）Sn/SnO2/GQD/CNF的TEM图像和（d）HRTEM图像。

图4.（a）Sn/SnO2/GQD/CNF的XRD图谱，（b）Sn/SnO2/GQD/CNF的XPS图谱，以及Sn/SnO2/GQD/CNF中（c）C1s、（d）N1s、（e）Sn3d和（f）O1s的高分辨率XPS图谱。

图5.Sn/SnO2、Sn/SnO2/CNF和Sn/SnO2/GQD/CNF的（a）CV曲线（20mV/s）和（b）GCD曲线（1A/g）。（c）Sn/SnO2/GQD/CNF在不同扫描速率下的CV曲线。（d）Sn/SnO2/GQD/CNF在不同电流密度下的GCD曲线。（e）Sn/SnO2、Sn/SnO2/CNF和Sn/SnO2/GQD/CNF的倍率性能和（f）EIS（插图：高频区域的EIS）。

图6.Sn/SnO2/CNF和Sn/SnO2/GQD/CNF的动力学分析。（a）阳极峰的b值，（b）Sn/SnO2/GQD/CNF在200mV/s下的电容（橙色区域）和扩散（白色区域）贡献，（c）Sn/SnO2/GQD/CNF在不同扫描速率下的归一化电容和扩散贡献比，（d）Sn/SnO2/CNF和Sn/SnO2/GQD/CNF在不同扫描速率下的电容贡献。

图7.含PVA-KOH凝胶电解质的非对称Sn/SnO2/GQD/CNF//GQD/CNF柔性超级电容器的电化学性能。（a）Sn/SnO2/GQD/CNF和GQD/CNF在20mV/s下的CV曲线，（b）器件在20mV/s以及不同电压值下的CV曲线，（c）不同扫描速率下的CV曲线，（d）不同电流密度下的GCD曲线。（e）倍率性能，（f）EIS（插图：等效电路和高频区域的EIS），（g）器件的Ragone图（与先前报道的基于SnO2/碳复合材料的非对称超级电容器的比较），（h）器件在20mV/s以及不同弯曲条件下的CV曲线（插图：弯曲器件的数码照片），（i）器件在5A/g下循环5000次后的循环性能。

图8.Sn/SnO2/GQD/CNF的电荷存储和传输机理示意图。