乙醇木质素/PAN复合纳米纤维的绿色制备及其超级电容器性能优化研究

（编辑推荐）本研究首次将低分子量乙醇木质素(EL)与聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术复合，制备出具有173.64 F g?1高比电容的碳纤维电极材料。创新性解决了传统PAN基碳纤维成本高、环境负担大的问题，为生物质基超级电容器(SC)电极材料的开发提供了新思路。

　　

Highlight

材料

乙醇木质素(EL，分子量：5000；纯度≥90%)购自济南洋海环保材料有限公司，聚丙烯腈(PAN，分子量：100000)购自麦克林试剂(上海)。N,N-二甲基甲酰胺(DMF，分析纯)、氢氧化钾(KOH，纯度≥95%)均购自成都科隆化学有限公司，所有试剂未经纯化直接使用。

纺丝液制备

以DMF为溶剂，配制质量分数为20 wt%的木质素与PAN混合纺丝液，通过精确调控两者比例（重点研究2:1优化配比），采用静电纺丝-预氧化-碳化三步法制备具有分级多孔结构的复合碳纤维。

木质素化学结构

傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示（见图2a），乙醇木质素在3400 cm^?1处存在典型芳烃-OH伸缩振动峰，1600 cm^?1处出现芳香骨架振动特征峰，证明其富含酚羟基和苯丙烷结构单元，这种特殊分子构象赋予材料优异的热稳定性（碳化残炭率达65%以上）。

结论

创新性发现：当木质素与PAN质量比为2:1时，所得复合碳纤维展现出173.64 F g^?1的超高比电容（0.5 A g^?1电流密度下），较纯PAN碳纤维提升近300%。其性能飞跃源于三大机制：① 木质素衍生的丰富含氧官能团（C=O/COOR）增强表面润湿性；② 独特的互联三维网络结构促进电子传输；③ 氮掺杂效应（N-6/N-Q）提升电荷存储能力。该研究为绿色能源材料设计提供了重要范式。