東華大學閆建華：靜電紡絲技術製備具有可調幾何結構的分層多孔碳奈米纖維
DOI: 10.1021/acsami.1c12302
多孔碳奈米纖維（PCNFs）具有豐富的離子、分子和奈米粒子傳輸通道，但對其多孔結構的控制仍然是一項挑戰。在本研究中，以聚四氟乙烯為孔模板，硼酸為交聯劑，聚乙烯醇和聚氨酯為雙碳前體，透過一種可擴充套件的靜電紡絲技術製備了具有可調幾何形狀和大/中/微孔結構的柔性PCNF。在水溶劑中，帶負電的模板與帶正電的碳前驅體交聯，形成用於靜電紡絲的穩定溶膠。透過改變這些前體的質量比，電紡雜化奈米纖維在碳化後直接轉化為B-F-N-O摻雜的PCNFs，具有可調節的大孔、中孔和微孔。單根PCNF的孔隙率高達85%，孔體積可在0.23至0.58 cm3·g-1之間調節。當使用獨立的PCNF薄膜構建高硫含量（86wt%）電極時，具有豐富電活性位點的多孔結構為聚陰離子提供了快速通道，並對多硫化物具有較強的化學吸附，從而產生了良好的電化學效能。本文所報告的策略為合成多用途的分層PCNFs提供了新的視角。
圖1.材料製備過程示意圖。使用通用靜電紡絲技術以及隨後的預氧化和碳化工藝來製備具有豐富缺陷和分層大/中/微孔的柔性PCNF的示意圖。
圖2.材料表徵。（a-c）不同PCNFs的掃描電子顯微鏡（SEM）影象和（d,e）N2吸附-解吸等溫線。（f）不同孔隙的體積分數。（g）不同PCNFs的微孔面積和外表面積。（h）不同PCNFs的累積孔體積和（i）平均孔徑。
圖3.分層孔隙形成機理及材料表徵。（a）使用分子設計策略在PCNFs中形成分層多孔結構的概貌。（b）PCNF薄膜的橫截面SEM影象和數碼照片。（c）PCNFs的表面形態，（d）TEM影象和（e）EDS對映光譜。（f）PCNFs的N1s和（g）B1s XPS光譜。
圖4.Li-S電池的電化學效能分析和化學吸附機理。（a-b）多硫化物在H型電池中滲透的捕獲照片，該電池以PCNF薄膜為隔膜。（c）在0.1mV·s-1下進行五次迴圈的連續CV測試。（d）0.5C下的恆電流放電和充電曲線。（e）迴圈前和在0.5C下迴圈50次後電池的EIS譜。（f）0.1至4C的額定容量。（g）在2C下進行200次放電和充電迴圈的長期穩定性測試。（h）多硫化物在具有獨特多孔結構和缺陷的PCNF籠中的強化學吸附示意圖。
