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【2h】

Egg-Box Structure in Cobalt Alginate: A New Approachto Multifunctional Hierarchical Mesoporous N-Doped Carbon Nanofibersfor Efficient Catalysis and Energy Storage

机译：海藻酸钴中的蛋盒结构：一种新方法多功能分层介孔氮掺杂碳纳米纤维的制备用于高效催化和能量存储

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摘要

Carbon nanomaterials with both doped heteroatom and porous structure represent a new class of carbon nanostructures for boosting electrochemical application, particularly sustainable electrochemical energy conversion and storage applications. We herein demonstrate a unique large-scale sustainable biomass conversion strategy for the synthesis of earth-abundant multifunctional carbon nanomaterials with well-defined doped heteroatom level and multimodal pores through pyrolyzing electrospinning renewable natural alginate. The key part for our chemical synthesis is that we found that the egg-box structure in cobalt alginate nanofiber can offer new opportunity to create large mesopores (∼10–40 nm) on the surface of nitrogen-doped carbon nanofibers. The as-prepared hierarchical carbon nanofibers with three-dimensional pathway for electron and ion transport are conceptually new as high-performance multifunctional electrochemical materials for boosting the performance of oxygen reduction reaction (ORR), lithium ion batteries (LIBs), and supercapacitors (SCs). In particular, they show amazingly thesame ORR activity as commercial Pt/C catalyst and much better long-termstability and methanol tolerance for ORR than Pt/C via a four-electronpathway in alkaline electrolyte. They also exhibit a large reversiblecapacity of 625 mAh g–1 at 1 A g–1, good rate capability, and excellent cycling performance for LIBs,making them among the best in all the reported carbon nanomaterials.They also represent highly efficient carbon nanomaterials for SCswith excellent capacitive behavior of 197 F g–1 at1 A g–1 and superior stability. The present workhighlights the importance of biomass-derived multifunctional mesoporouscarbon nanomaterials in enhancing electrochemical catalysis and energystorage.
机译：具有掺杂的杂原子和多孔结构的碳纳米材料代表了用于促进电化学应用，特别是可持续的电化学能量转换和存储应用的新型碳纳米结构。我们在本文中展示了一种独特的大规模可持续生物质转化策略，用于通过热纺静电纺可再生天然藻酸盐来合成具有明确定义的杂原子能级和多峰孔的富含地球的多功能碳纳米材料。化学合成的关键部分是，我们发现藻酸钴纳米纤维中的卵盒结构可以提供新的机会在掺氮碳纳米纤维的表面上形成大的中孔（约10–40 nm）。制备的具有三维电子和离子传输路径的分层碳纳米纤维在概念上是新的，是高性能的多功能电化学材料，可提高氧还原反应（ORR），锂离子电池（LIB）和超级电容器（SC）的性能）。特别是，它们惊人地显示了与市售Pt / C催化剂具有相同的ORR活性，且长期使用效果更好通过四电子对ORR的稳定性和甲醇耐受性优于Pt / C碱性电解质中的途径。它们还具有较大的可逆性1 A g –1 时的容量为625 mAh g –1 ，良好的倍率能力，以及LIB的出色循环性能，使它们成为所有报道的碳纳米材料中最好的。它们还代表了用于SC的高效碳纳米材料在197 F g –1 时具有出色的电容性能1 A g –1 和出色的稳定性。目前的工作强调了生物质衍生的多功能介孔的重要性碳纳米材料在增强电化学催化和能量方面的作用存储。

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