导读：

近期，中科院北京纳米能源所朱光研究员等人利用氮掺杂多孔碳纳米纤维负载 Fe₃C/Fe₂O₃ 纳米粒子，开发了一种高性能超级电容器的负极材料。相关研究成果以“N-Doped Porous Carbon-Nanofiber-Supported Fe₃C/Fe₂O₃ Nanoparticles as Anode for High-Performance Supercapacitors”为题目，发表于期刊《Molecules》上。

本文要点：

1、通过对含有铁源的静电纺丝纳米纤维进行碳化和退火，合成了氮掺杂碳纳米纤维（NCNF）负载的 Fe₃C/Fe₂O₃纳米颗粒（NCFCO）复合材料。

2、在杂化结构中，多孔碳纳米纤维作为基底在充放电循环过程中为Fe3C/Fe2O3的法拉第反应提供快速的电子和离子传递。

3、所获得的 NCFCO 在 2 A g⁻¹下产生1 F g⁻¹的高比电容，优于 NCNF 支持的 Fe₃C 纳米颗粒（NCFC，261.7 F g⁻¹）和 NCNFs/Fe₂O₃（NCFO，398.3 F g⁻¹)。

4、使用NCFCO负极和活性炭正极组装的不对称超级电容器在800 W kg^-1下提供了2 Wh kg^-1的大能量密度。此外，即使经过10000个循环后，它也表现出96.7％的惊人电容保持率。

Fe₃C/Fe₂O₃纳米颗粒如何提高超级电容器的性能?

Fe₃C/Fe₂O₃纳米颗粒通过与N掺杂ECNFs的协同作用增强了超级电容器的性能，使比电容显著增强。多孔碳纳米纤维在充放电循环过程中为Fe₃C/Fe₂O₃的法拉第反应提供了快速的电子和离子传递，具有较高的比电容和长期循环稳定性。使用NCFCO阳极和活性炭阴极组装的非对称超级电容器在800 W kg^{- 1}时具有14.2 Wh kg^{- 1}的能量密度，即使在10,000次循环后仍保持96.7%的电容。该技术具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，在高效电源、可再生能源存储、便携式电子设备等领域具有潜在的应用前景。

图1：合成NCFCO的示意图。

图2 (a) ECNF，(b) nfc，(c) NCFCO，(d) NCFO的SEM图像。NCFCO的(e)SEM图像和(f) C、(g) O、(h) N、(i) Fe的相应元素映射。

图3 (a) XRD谱图，(b)拉曼光谱图，(c) N2吸附-解吸等温线，(d) NFC、NCFCO和NCFO的孔径分布。

图4：(a)奈奎斯特光谱，(b) 10 mV s⁻¹时的CV曲线，(c) 2 A g⁻¹时的GCD曲线，以及(d)NFC、NCFCO和NCFO的比电容与电流密度图。

图5：(a) CV曲线，(b) GCD图，(c)比电容与电流密度图，(d)不同电压窗下10mv s⁻¹的CV曲线，以及(e) NCFCO//AC器件的循环稳定性和相应的充电效率。

原文链接：https://doi.org/10.3390/molecules28155751