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碳纳米纤维的制备及在电化学领域的应用

目前，电化学发电及其储能装置利用电化学反应能够将化学能直接转变成电能，因其具有电化学转换过程稳定、能量转换效率高、易小型化、环境友好以及安全等特点受到了广泛重视。

电化学发电及其储能系统包括超级电容器、燃料电池及锂离子电池等。在这些电化学发电及其储能装置中，活性材料作为电极参加电化学反应，其电化学性能和使用稳定性直接影响着电化学体系的性能优劣，因此成为研究的重点之一。

碳材料作为电化学电极活性材料，其具有大比表面积、高导电率、种类广泛、易制备、低成本等诸多优点，在能量存储与转换方面受到了广泛关注。碳纳米纤维在电极材料、传感器、纤维复合增强材料、催化剂载体、纳米光电材料、重金属离子吸附、储氢等领域都有着广泛的应用。

碳纳米纤维（简称 CNFs）是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料。它的直径一般在10nm-500nm，长度约为0.5μm-100μm，是介于普通碳纤维和碳纳米管之间的一维碳材料。因此，碳纳米纤维不仅具有普通碳纤维材料的优点，还具有碳纳米管材料的结构紧密，比表面积大，热稳定性好的优点。

一维碳纳米纤维由于其较高的导电性，较低的成本以及较高的比表面积而被认为是具潜力的电极材料，制备不同结构的碳纳米纤维是成功制备锂／钠离子电池负极材料的重要因素。

碳纳米纤维的制备方法有许多种，主要包含化学气相沉积法、固相合成法、静电纺丝法、模板法、生物制备法等。静电纺丝法是目前为常用的方法，其不仅在常温下可纺，原料来源广，还能够直接、连续地制备聚合物纳米纤维。

可作为碳源的材料有许多，包括聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯醇（PVA）、聚酰亚胺（PI）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、沥青等，其中聚丙烯腈的使用为广泛。