济南大学《AFM》：煤沥青衍生碳纳米纤维薄膜，用于钠双离子电池

方案1、柔性 HCNFs 薄膜合成过程的示意图。

图2、柔性 HCNFs-1.2 薄膜的形态和结构分析

图3、a) 在所示不同温度下退火得到的样品的 XRD 图，以及 b) CP-PVP-Bi-1.2 薄膜、CP-PVP 薄膜和 Bi(NO3)3-5H2O 试样的 TGA 图。

图4、a-e）不同硝酸盐在 800 ℃ 下煅烧电纺丝薄膜得到的样品的数码照片、f-o）FESEM 和 p-t) TEM 图像：(a,f,k,p) Bi(NO3)3-5H2O，(b,g,l,q) Fe(NO3)2-9H2O，(c,h,m,r) Co(NO3)3-6H2O，(d,i,n,s) Ni(NO3)2-6H2O，以及 (e,j,o,t)Cu(NO3)2-3H2O。

图4、a) CNFs 和 HCNFs 的傅立叶变换红外光谱。b) 六种产品中 C、O 和 N 的特定原子比。c) 如图所示，CNFs 和 HCNFs 的高分辨率 C 1s（左）、O 1s（中）和 N 1s（右）XPS 光谱。

图5、CNFs 和 HCNFs 薄膜阳极的电化学特性。

图6、HCNFs-1.2/ 石墨 SDIB 的电化学性能

总之，据我们所知，该研究首次开发了一种简单而高效的 Bi(NO3)3-5H2O 辅助电纺丝碳化策略，以商用 LSP CP 为低成本前体，以低碳化率 PVP 为纺丝助剂，成功制备了三维多孔柔性 HCNFs 薄膜。系统实验/特性分析表明，Bi(NO3)3-5H2O 的引入和预氧化过程对于氯化石蜡纤维的成功非熔融碳化具有同等重要的意义。其中，Bi(NO3)3-5H2O 产生的氮氧化物有效地消耗了 CP 中多余的氢，从根本上改变了碳化过程，抑制了 CP 的石墨化，对柔性 HCNFs 薄膜的形成起到了重要作用。同时，碳热还原诱导的纳米 Bi 的自发升华导致了位于 HCNFs 中的孔隙和/或囊泡的形成。据此，合理地提出了柔性 HCNFs 薄膜的内在形成机理。

通过精心调节 Bi(NO3)3-5H2O 的含量和煅烧温度，有效优化了柔性 HCNFs 薄膜的孔隙率、层间距、表面异原子修饰和石墨微晶结构等。最优的HCNFs-1.2薄膜在作为 Na 储存的自支撑阳极进行评估时，在电流密度为 0.05/2.0Ag-1 的条件下，获得了 238.4/75.6 mAh g+-1 的高可逆比容量，而在 1.0Ag-1 条件下连续1000次循环后，每次循环的容量衰减仅为 0.0127%。更具竞争力的是，我们构建的 HCNFs-1.2/ 石墨 SDIBs 在 5.0 A g-1 的高倍率下可提供约47.7 mAh g-1 的可逆容量，同时具有极佳的长期循环稳定性，在1.0Ag-1下不间断充放电循环1500次后容量衰减为 21.6%，突显了其广阔的应用前景。更重要的是，我们的工作为设计和合成具有诱人储钠能力的柔性HCNFs薄膜提供了一个全新的视角，这种薄膜可作为先进 SDIB 甚至其他含钠电化学储能系统的自立阳极。