DOI: 10.1007/s10965-020-02386-w

首先，研究者介绍了一种平均纤维直径在108nm至623nm之间的电纺碳纤维毡的制备工艺。该碳纤维毡是通过静电纺丝聚丙烯腈（PAN）溶液，随后对其进行碳化处理制备而成的。纤维毡的特性有细微的变化，满足参数研究的前提条件。其次，研究了在三种不同活化温度和时间下水蒸气和CO2活化动力学。两种活化方法都会使表面积增加，具体取决于活化温度和时间。对燃尽度、表面积和电导率的详细分析揭示了对微观活化动力学的深刻理解。碳纤维毡的不同纤维直径可以区分表面驱动和宏观过程。结果表明，CO2活化动力学受传质控制，而水蒸气活化动力学受反应速率控制。表面积的大小与燃尽度的非线性行为可归因于PAN衍生碳的涡轮层性质和活化剂的独特特性。

图1.改良KatoTech NEU静电纺丝设备的示意图。△y是喷丝头沿收集器轴以60cm/min移动的范围。

图2.纤维毡处理步骤的示意图，聚合物纤维垫以红色显示。处理步骤：1）从收集器上取下纤维垫，2）将纤维垫夹在载体层和纸模板之间，3）如图所示将三明治结构切成规则的块，4）去除载体层和纸模板，将纤维垫放置在氧化铝片之间。碳化过程中，纤维毡的尺寸从最初的7×7cm2缩小到最终的5×5cm2。将碳纤维毡样品切成2×2cm2的尺寸进行活化。

图3.电纺PAN纤维（右）和平均纤维直径在108nm至623nm之间的衍生碳纤维（左）的扫描电子显微照片。a至d对应于使用分别含6wt％、8wt％、11wt％和13wt％PAN的纺丝原液制备的材料。注意：成像前，通过金溅射改变了纤维的表面结构。

图4.a-d使用含不同聚合物浓度的纺丝原液（6wt％，8wt％，11wt％，13wt％）制备的碳纤维及其各自的电纺PAN前体纤维的纤维直径分布。根据对数正态分布（n=300）计算平均纤维直径和宽度分布，将其以实线显示。11wt％和13wt％纤维分布较宽，这可能是纤维沉积过程中纤维分支和合并的结果。

图5.CO2活化：燃尽和特定ECAS与平均纤维直径、活化温度和时间的关系。

图6.a）不同活化温度和b）活化时间下CO2活化电位ζ与特定几何面AG的相关性分析。虚线表示95％预测间隔。两种线性相关均存在显著性差异（p<.001）。活化温度的线性回归模型解释了85％的散射，活化时间的线性回归模型解释了75％的散射。c）显示了归一化为各匹配线的y轴截距的活化电位。同时归一化的活化电位表示与特定几何面具有等效相关性。

图7.水蒸气活化：燃尽（a，b）和特定ECAS（c，d）与平均纤维直径、活化温度和时间的关系。

图8.对于所有纤维直径而言，（a，b）CO2和（c，d）水蒸气活化的特定电导率变化与燃尽度的函数关系。数据在活化温度和时间效应上有所不同。