DOI: 10.1021/acsami.3c01401

衍生自细菌纤维素的碳材料因其低成本和柔性特征而被广泛应用于锂离子电池中。然而，它们仍然面临着许多棘手的问题，如比容量低和导电性差。在此，本研究以细菌纤维素为载体和骨架，创造性地将聚吡咯复合在其纳米纤维表面上。碳化处理后，获得了具有多孔结构和短程有序碳的钾离子电池用三维碳网络复合材料。聚吡咯中的氮掺杂提高了碳复合材料的电导率，并提供了丰富的活性位点，增强了负极材料的综合性能。碳化细菌纤维素@聚吡咯（C-BC@PPy）负极在50mA/g下循环100次后表现出248mAh/g的高容量，即使在500mA/g下进行2000次循环后，容量仍保持在176mAh/g。结合密度泛函理论计算，上述结果表明C-BC@PPy的容量可归因于N掺杂和缺陷碳复合材料以及赝电容贡献。总之，本研究为开发用于储能领域的新型细菌纤维素复合材料提供了指导。

图1.C-BC@PPy的制备过程示意图和相应的图像。

图2.（a-c）C-BC@PPy的SEM图像、（d,e）TEM图像、（f）HRTEM图像和SAED图案（插图），以及（g）C、N和O元素的对应元素映射。

图3.合成C-BC@PPy的结构表征：（a）XRD图谱，（b）拉曼图谱，（c）N2吸附等温线和孔径分布（图3c插图）。XPS光谱的峰去卷积：（d）C1s和（e）N1s。（f）C-BC@PPy中三种氮缺陷的示意图：N-6、N-5和N-Q。

图4.C-BC和C-BC@PPy的电化学储钾性能。（a）C-BC@PPy在最初三个循环期间的循环伏安曲线。（b）用于KIBs的C-BC@PPy在50mA/g下循环第二、第三、第五、第十、第五十和第一百次的充电/放电曲线。（c）C-BC和C-BC@PPy在50mA/g下的充放电比容量和CE。（d）C-BC和C-BC@PPy在不同电流密度下的倍率性能。（e）C-BC@PPy在500mA/g的高电流密度下进行2000次循环的长期循环稳定性和CE。

图5.C-BC@PPy的潜在赝电容行为。（a）不同扫描速率下的CV曲线。（b）BC@PPy的对数（i）与对数（ν）关系图（峰值电流：i和扫描速率：v）。（c）不同扫描速率下赝电容贡献的百分比。（d）紫色区域显示了扫描速率为0.1mV/s时的CV曲线和赝电容贡献。（e）C-BC@PPy的K+储存机理。（f）C-BC的原始C模型，（g）碳缺陷模型，以及（h）C-BC@PPy的N掺杂和碳缺陷模型。在原始C模型（i）、碳缺陷模型（j）和氮掺杂碳缺陷模型（k）结构中K吸附的电子密度差异。