大连工业大学《ACS ANM》：碳纳米纤维薄膜上氧化石墨烯和聚乙烯亚胺的逐层组装，用于超级电容器应用

成果简介

木质素基碳纳米纤维（CNFs）虽然已应用于环境、能源和航空航天领域，但获得具有优异电化学性能的纤维仍是亟待解决的问题。本文，大连工业大学李尧、周景辉团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Layer-by-Layer Assembly of Graphene Oxide and Polyethylenimine on Carbon Nanofiber Films for Supercapacitor Applications”的论文，研究制备了具有纳米纤维结构的木质素基前体纤维作为电活性物质聚乙烯亚胺 (PEI) 和氧化石墨烯 (GO) 的逐层 (LbL) 组装的基底层，以获得结构化的木质素基CNF具有优良的电化学性能。均匀分布的多层纳米结构和相互连接的网络结构提供了高比表面积和有效接触面积，从而促进了离子扩散和传输，改善了木质素基CNFs的电相互作用和化学反应。比电容和能量密度分别达到339.3F/g和30.16Wh/kg。此外，基于木质素的CNF表现出优异的耐久性和对温度的快速响应（电流在2秒内迅速变化）。这项工作提出了一种简单有效的策略，使用基于木质素的原材料通过 LbL 组装制造具有有序和可控结构的纳米复合纤维。这些纳米复合纤维在超级电容器、火灾报警器和环保能源产品中具有巨大的应用潜力。

图文导读

图1. 木质素基前体纤维的组成图和逐层组装过程。

图2. (a/b) FTIR光谱和非组装PFs、(PFs/PEI/GO)3、(PFs/PEI/GO)5和(PFs/PEI/GO)10的TGA 曲线。

图3. (a) 非组装CNFs、(b) (CNFs/PEI/GO) 3、(c) (CNFs/PEI/GO) 5和 (d) (CNFs/PEI/GO) 10 的SEM 图像.

图4. 表面成分分析：(a) 不同 LbL 组装时间制备的基于木质素的 CNF 的 XPS 测量光谱图；(b) C 1s、(c) O 1s 和 (d) N 1s XPS 光谱图 (CNFs/PEI/GO) 5。

图5.在使用1 mol/L Na 2 SO 4的双电极系统中测量的 (CNFs/PEI/GO) 5 的电化学特性。

图6. (a) CNFs 和使用复合材料作为电连接以在相同状态下点亮 LED 的电路，以及 (b) (CNFs/PEI/GO)5暴露在火焰中并用于实时监测当前的品种。

小结

综上所述，LbL组装是一种简单有效的制造绿色可持续纳米结构储能设备的方法。然而，过多的LbL组装时间会对基于木质素的CNF的比表面积产生负面影响。

文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03299