鑽石舞台

華東師範大學潘麗坤教授和日本物質材料研究所（NIMS）徐興濤研究員合作，通過熱解金屬-有機骨架(MOF)包埋靜電紡絲納米纖維製備高石墨化碳納米纖維的方法，製備了含有多種金屬氧化物(如Fe2O3、NiO)的納米纖維，並進一步實現了該纖維在柔性混合超級電容器中的應用（圖1）。

由有機配體和金屬離子組成的金屬有機框架(MOFs)為石墨碳框架內部富含法拉第效應的納米顆粒的材料的可控合成提供了一種新興策略手段。這個過程可以被認為是MOF納米籠中涉及的熱解空間限制效應。此外，MOF靜電紡絲法合成功能性ECNFs（靜電紡絲碳質納米纖維）的可行性也已得到證實。在這些研究成果的基礎上，我們提出了MOF電紡納米結構的概念，用於製備含有不同法拉第金屬氧化物納米顆粒的高度石墨化碳納米纖維。其中，MIL-88(Fe)納米棒和MOF-74(Ni)納米球分別通過含有MIL-88(Fe)或MOF-74(Ni)分散納米顆粒的聚丙烯腈(PAN)前驅體溶液被靜電紡絲嵌入到納米纖維中。經過碳化和氧化，分別得到了包埋Fe2O3和NiO的高石墨化碳納米纖維，分別記作FOCNF和NOCNF。值得一提的是，Fe和Ni在熱處理過程中都能催化ECNFs的石墨化，從而提高了ECNFs的石墨化程度。在這種獨特的結構中，Fe2O3和NiO分別作為柔性混合超級電容器(FHSCs)的陽極和陰極的電池型活性中心。此外，我們的策略與之前報道的金屬氧化納米顆粒/石墨ECNFs相比，MOF衍生的石墨碳微觀結構將ECNFs與氧化納米顆粒複合並連接起來，不僅促進了法拉第反應的快速電子轉移，而且保護並保持氧化納米顆粒在最佳適當的狀態。

因此，由Fe2O3嵌入的高石墨化碳納米纖維(FOCNF)和NiO嵌入的高石墨化碳納米纖維(NOCNF)組裝而成的非對稱柔性混合超級電容器具有優異的電化學性能、較高的能量密度和優異的循環穩定性，其能量密度為43.1 Wh/kg，功率密度為412.5 W/kg，具有良好的柔韌性(180°彎曲時電容保持率為94.4%，30°扭轉時電容保持率為96.2%)和優異的循環穩定性，是一種很有前途的柔性電極材料。

李彥江和朱光為共同第一作者，徐興濤和潘麗坤教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(nos. 21771064 and51909066)，安徽省自然科學基金項目(2008085QE204) ，安徽省教育廳創新研究團隊(2016SCXPTTD), 宿州學院材料科學與工程重點學科(2017XJZDXK3)，JST-ERATO Yamauchi Materials Space-Tectonics Project (JPMJER2003)，華東師範大學物理與電子科學學院上海市磁共振重點實驗室，自旋電子與納米材料安徽省高等學校重點實驗室，國際材料納米結構中心(WPI-MANA)，日本材料科學研究所(NIMS)，化學工程學院和澳大利亞生物工程和納米技術研究所(AIBN)的支持。