一、核心问题

静电纺丝碳质纳米纤维（ECNFs）作为柔性超级电容器电极材料虽具备机械柔性、形貌可控等优势，但存在三大关键瓶颈限制其实际应用：

• 结构缺陷：以微孔为主的孔隙结构、无序的微观结构，导致离子迁移受阻、比表面积利用率低，倍率性能差。
• 导电性不足：非晶碳结构占比高，电子传输效率低，限制电化学性能提升。
• 功能化难题：传统催化石墨化方法虽能引入法拉第纳米颗粒，但难以控制颗粒尺寸与分布，且会降低纳米纤维孔隙率，无法兼顾导电性与 pseudocapacitance（赝电容）。

二、解决方案设计

针对上述问题，解决方案以 “结构调控 - 性能协同 - 柔性兼容” 为核心设计，具体包括：

• MOF 辅助空间限制：利用金属有机框架（MOFs）的纳米笼结构，实现金属氧化物纳米颗粒的可控嵌入，避免颗粒团聚，同时通过 MOF 热解提供碳源与金属催化中心。
• 催化石墨化增强：借助 MOF 中的 Fe、Ni 等过渡金属，在碳化过程中催化碳纳米纤维石墨化，降低非晶碳占比，提升导电性，替代传统高温石墨化工艺。
• 多级孔结构构建：通过静电纺丝与 MOF 热解协同调控，形成 “微孔 - 介孔” 多级孔网络，促进电解质离子快速迁移与扩散，提升离子传输效率。
• 柔性与电化学性能兼容：保留静电纺丝纳米纤维的连续网络结构，确保材料在弯曲、扭转等形变下仍维持结构稳定性与电化学性能。

三、解决方案具体内容

通过 “静电纺丝 + MOF 辅助碳化” 的创新策略，制备嵌入金属氧化物的高石墨化碳纳米纤维电极材料，具体包括材料设计与制备流程：

1. 材料结构设计

构建 “导电碳骨架 - 金属氧化物活性组分 - 多级孔网络” 的复合结构：

• 核心骨架：聚丙烯腈（PAN）经静电纺丝形成连续纳米纤维网络，作为柔性支撑基体；
• 活性组分：MOF 衍生的 Fe₂O₃纳米棒（MIL-88 (Fe) 来源）或 NiO 纳米球（MOF-74 (Ni) 来源）均匀嵌入碳骨架中，提供赝电容贡献
• 导电增强相：Fe、Ni 金属在碳化过程中催化碳纳米纤维石墨化，形成高导电性石墨相，降低电荷转移电阻。

2. 制备流程

• MOF 前驱体制备：通过水热法合成 MIL-88 (Fe) 纳米棒（Fe 源）和 MOF-74 (Ni) 纳米球（Ni 源），控制颗粒尺寸与分散性；
• 静电纺丝复合纤维制备：将 MOF 颗粒分散于 PAN/DMF 溶液中，通过静电纺丝（电压 17kV，流速 1mL/h，收集距离 15cm）形成 MOF/PAN 复合纳米纤维，实现 MOF 颗粒在纤维中的均匀负载；
• 碳化与氧化处理：复合纤维经 280℃稳定化、800℃碳化（Fe/Ni 催化石墨化）、300℃氧化（Fe₃C 转化为 Fe₂O₃，Ni 转化为 NiO），最终得到 FOCNF（Fe₂O₃@石墨化碳纳米纤维）和 NOCNF（NiO@石墨化碳纳米纤维）。