Page 36 - 《精细化工》2021年第12期

·2398· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

2
纤维，该复合纤维具有较高的比表面积（254.6 m /g） 积及孔洞的利用率，以及在提高比表面积的同时不
3
和较好的电化学性能，比电容为 97.5 F/cm ，能量 损伤纤维的机械性能仍然面临困难。因此，表面改
3
密度为 2.8 mW·h/cm 。MA 等 [31] 还通过湿法纺丝制 性制备多孔石墨烯纤维是未来高性能石墨烯纤维基
备了部分打开的 CNT/氧化还原石墨烯（PUCNT/ 超级电容器的发展方向之一。
RGO）纤维（图 4f），具有有序多孔结构和较少的 2.2 石墨烯纤维基赝电容器
3
死体积，能量密度高达 8.63 mW·h/cm 。 由于导电高分子或过渡金属氧化物具有较高的
微流体纺丝技术也被应用于石墨烯纤维结构调 比电容和能量密度，因此，将其与石墨烯纤维复合，
控，制备多孔石墨烯纤维 [27,39] 。LI 等 [27] 通过微流体 制备混杂纤维，在提高石墨烯纤维电化学性能上具
纺丝技术制备了一种碳点/石墨烯复合纤维（CDs/ 有理论可行性。目前，文献报道了多种赝电容活性
RGO），其比电容和能量密度分别高达 607 mF/cm 2 材料用于石墨烯混杂纤维的制备，例如，MnO 2 [40-41] 、
2
（91.9 F/g）、67.37 μW·h/cm 。CDs/RGO 较好的电 PANI [42] 、PPy [43] 、PEDOT [44-45] 、MXene [46-47] 、MoS 2 [48]
化学性能主要由于其独特的点-片结构，及由此引入 等。ZHENG 等 [42] 通过在石墨烯纤维表面溶液聚合
2
的大比表面积（435.1 m /g）、更均匀的孔径分布（平 PANI 纳米棒，制备了一种皮芯型 PANI 纳米棒/石墨
均孔径 2.5 nm）、更多的离子传递通道和更高比表面 烯纤维（GF@PANI），其由高电导率的石墨烯作为
积利用率（96%）。此外，WU 等 [39] 还通过微流体纺 芯层，多孔石墨烯纳米棒作为皮层，如图 5a 所示，
2
丝技术制备了高性能氮掺杂多孔石墨烯纤维超级电 其组装的纤维电容器具有高比电容（357.1 mF/cm ）、
2
容器。该方法主要是利用尿素作为氮源掺杂石墨烯， 高能量密度（7.93 μW·h/cm ）、优异的倍率性能和
2
制备的石墨烯纤维的比电容高达 1132 mF/cm ，能量 循环性能，在经过 5000 次循环充放电后只有 3.8%
2
密度和功率密度分别为 95.7 μW·h/cm 和 1.5~15 电容损失。GF@PANI 优异的电化学性能主要是由
2
W/cm 。其优异的电化学性能主要归因于分层多孔 于高电导率的石墨烯纤维芯层可以促进电子沿纤维
2
结构、较大的比表面积（388.6 m /g）、高的氮掺杂 轴向传递，皮层高负载量的 PANI 纳米棒可以提供
量（2.44%）以及电导率（30785 S/m）。 赝电容；此外，GF@PANI 具有分层多孔结构，皮
虽然经过多种改性策略制备的多孔石墨烯纤维 层的多孔 PANI 纳米棒可以促进溶剂化离子沿纤维
的电化学性能得到较大提升，但是如何提高比表面 径向的传递。

a—PANI 纳米棒/石墨烯纤维超级电容器 [42] ；b—MXene/石墨烯混杂纤维超级电容器 [46] ；c—MoS 2/石墨烯纤维超级电容器 [48] ；d—MnO 2
纳米棒/石墨烯纤维超级电容器 [40] ；e—中空 PEDOT∶PSS/石墨烯纤维超级电容器 [44]
图 5 石墨烯基混杂纤维电容器
Fig. 5 Hybrid graphene fiber supercapacitor

YANG 等 [46] 通过湿法纺丝制备了 MXene/石墨烯 混杂纤维（图 5b），其中，MXene 的负载量高达