静电纺丝制备金属离子掺杂碳纳米纤维及催化和超级电容器性能研究

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氮掺杂碳纳米纤维(NCNFs)作为重要的电极材料之一,在储能领域引起了极大的关注。目前,仍然需要制造用于超级电容器的高性能NCNF。在这里,首次提出了聚丙烯腈支化聚乙烯亚胺(PAN@bPEI)复合纳米纤维作为制备独立式NCNF的前驱体,可直接用于柔性超级电容器。所得的基于NCNFs的单电极由于其独特的化学组成而具有比PAN衍生的CNFs电极优异的电化学性能。同时,在不添加任何粘合剂和导电剂的情况下组装的准固态对称超级电容器也显示出可比的能量密度,良好的循环和机械稳定性,表明bPEI是构建用于储能应用的掺氮碳的有效氮源。高堆积密度和低成本的多功能柔性碳基复合纳米纤维是下一代催化和能量装置的有希望的候选者。本文中,通过电纺丝和随后的碳化来专门设计和制造新颖的碳/钴钒氧化物(C/CoVOx)纤维膜,其中存在取决于加工温度的形态,组成和通用性能。随着碳化温度从600℃升高到900℃,C/CoVOx的饱和磁化强度是由反铁磁CoO还原为铁磁Co引起的。在750℃的Ar保护下处理时,C/CoVOx-750纳米纤维因此获得的产率对H2O2的优异的过氧化物酶样催化活性。磁性和柔韧性的结合使催化剂的有效回收成为可能。碳基复合纳米纤维还具有出色的电化学性能,作为无粘合剂的超级电容器电极具有出色的循环稳定性和机械柔韧性。相信我们的结果为具有多种功能的柔性纳米纤维材料的可控制备开辟了一条新途径。我们制备的C/CoVOx纳米纤维的饱和磁化强度随着碳化温度的升高而增长,这是由于反铁磁性CoO在碳化温度变高的过程中转变成了铁磁性的Co。具有独特化学成分和比表面积较大的C/CoVOx-750纳米纤维表现出优异的类酶化催化性质-例如对过氧化氢的催化活性,另外还具有回收性能,因为其具有0.31μM(S/N=3)的低催化检测线。磁性和柔韧性的有效结合使碳基复合纳米纤维成为可回收的催化剂。当在三电极和两电极系统中用作超级电容器电极时,C/CoVOx-750纳米纤维可提供增强的容量,良好的倍率性能,良好的能量密度,理想的循环稳定性和出色的机械柔韧性。这项工作为多功能柔性碳基纳米纤维的设计和建造提供了新途径。
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