电纺木质素构建碳纳米纤维及其热电性能

碳纳米管（CNT）是作为热电材料的有效有机物之一，然而，CNT由于成本高，加工困难以及对粘合剂的要求高，因此其应用受到很大的限制。电纺碳纳米纤维（CNF）具有高导电性、高表面积和自支撑结构，在能源存储和转换应用方面受到了极大的关注，可作为CNT的潜在替代品。目前，电纺陶瓷纳米纤维和电纺CNT /聚苯胺纳米纤维已被研究用于热电应用。绝大多数碳纤维和CNF是以聚丙烯腈（PAN）为前驱体材料。但是，PAN成本高和产生相应的温室气体。木质素是第二位丰富的生物聚合物，是纸和纸浆工业的副产品。因此，木质素具有低成本，最小化温室气体排放。木质素可促进碳化过程中石墨化程度，被认为是一种有前景的生物基碳纤维前驱体。但是，木质素非常脆并且在碳化前需要固化过程，将木质素与PAN混合可以解决这些局限性，并可以弥足使用PAN作为碳前驱体的缺点。

研究者通过电纺聚丙烯腈和木质素混合物制备了生物基碳纳米纤维（CNF），木质素添加高达70％时，CNF的直径从450nm减小到250nm，同时增加样品的柔韧性，并促进纤维间的交联。研究结果表明，在900℃下碳化加入70％木质素的CNF的最大p型功率因数为9.27μWcm^-1K^-2，其对于具有0％木质素的CNF增加34.5倍。对于肼处理的样品，以相同方式产生的CNF的最大n型功率因数为10.2μWcm^-1K^-2，其为具有0％木质素的CNF的11.0倍。

图1.初纺（a-d）和固化（e-h）纳米纤维的FE-SEM图像，（a，e）前驱体溶液中木质素含量0％，（b，f）30％，（c，g）50％和（d，h）70％。

图2.在900°C（a - d）和1100°C（e - h）碳化的CNF的FE-SEM图像（a，e）前驱体溶液中的木质素含量0％，（b，f）30％，（c，g）50％和（d，h）70％照片显示了每个样品在断裂前的最大灵活性。

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