一、研究背景

过度使用化石燃料造成了严重的资源枯竭和环境破坏，加剧了全球能源需求与供应之间的差距。丰富和可持续的能源包括生物质能、水能、潮汐能、太阳能和风能。大规模储能技术对于弥合供需之间的时间差距仍然至关重要，因为它们是间歇性的，取决于天气和气候条件。尽管具有挑战性，但开发可持续能源对于确保持续的能源供应至关重要。储存可再生能源和间歇性能源的有效方法在这一领域引起了极大的兴趣。超级电容器和电池因其维护要求低、储能效率高而成为两种最有前途的电化学储能技术。因此，到目前为止，它们已广泛应用于从大规模到小规模的储能应用。使用的电极材料主要影响EES器件的电荷存储能力。

最近，人们对利用材料工程制造储能装置表现出了相当大的兴趣。因此，通过工程设计的努力，EES的性能逐渐提高。传统上，一系列具有高速率容量、高功率密度和延长寿命的纳米材料，如三维（3D）、二维（2D）和一维（1D）结构，已被用作电极材料。它们更大的比表面积和更多的活性晶格面、晶体边界和活性位点使它们在各种应用中具有很高的功能。通过使用一维材料，如具有宏观尺度长度和纳米尺度直径的纳米纤维，可以实现纳米尺度性能和宏观层面易于处理之间的适当平衡。这一领域的广泛研究产生了各种形式的应用，如传感器、软电子、分离膜、能量转换和储存、催化和生物医学。在1D纳米纤维（NFs）的特殊化学和物理特性中，它们的高活性位点负载使它们成为储能系统中用作电极的杰出材料。

一维碳纳米纤维（CNFs）的纵轴为离子和电子的传输提供了有效的途径，同时保留了零维纳米结构的优点。与商用碳纳米纤维相比，多通道碳纳米纤维（MCNFs）在一些现象上具有更大的能量存储能力。(i)与单通道CNFs相比，mcnf可以制造多通道，从而扩大其功能能力。（ii） MCNFs中多个通道的存在导致层间间距增大，空隙丰富，表面积增加。（iii）通过MCNF结构可以增强nf的力学特性，包括抗拉强度和柔韧性。（iv）系统地设计了mcnf的化学结构，以优化纯CNFs的比容量。由于其独特而广泛的特性，mcnf在各个科学和工程领域受到了极大的关注。

通过静电纺丝设备制备的静电纺丝（ESP）是生产各种尺寸从微米到纳米的一维纳米纳米管的最直接、最有效的方法之一，超过了其他现有的制造纳米纳米管的技术。尽管超薄纤维材料发明于1902年，但直到20世纪90年代，科学家们才充分认识到超薄纤维材料的潜力。图1a显示了凹形纳米纤维的内部多结构，包含mcnf和减少的次级外表面结构纤维。由于层状的表面结构和内部结构，可以通过提高离子迁移率和电导率来增加储能的表面积。此外，更大的比表面积为表面反应提供了更多的活性位点。这种MCNF结构有助于提高催化剂在储能应用中的空间利用效率，增强活性位点的负载，促进反应物与活性位点的接触，促进离子的传递，从而为提高催化剂的效率奠定基础。

二、摘要

多通道碳纳米纤维（MCNFs）具有由多个通道或隔间组成的复杂层次结构，因其高孔隙率、大表面积、良好的方向性、可调成分和低密度而受到广泛关注。近年来，通过静电纺丝设备制成的静电纺丝（ESP）已成为一种流行的合成技术，用于从聚合物之间的相分离驱动的各种聚合物共混物中生产具有特殊性能的mcnf。这些相互作用，包括范德华力、共价键和离子相互作用，对MCNF的产生至关重要。随着时间的推移，mcnf的应用已经扩展，使其成为材料研究中最有趣的话题之一。MCNFs具有定制的多孔通道、可控的尺寸、有限的空间、高表面积、设计的结构以及易于电解质进入活性壁，被认为是电化学储能（EES）技术的最佳选择。本文综述了mcnf的工作原理、合成方法和结构特性，并探讨了它们的优点、局限性和生产多通道架构的潜力。此外，本文还探讨了用于EES器件（超级电容器和电池）的MCNF电极材料的组成与其电化学性能之间的关系。本文还讨论了mcnf开发和利用的未来方向和挑战，并为推进这一令人兴奋的领域提供了潜在的研究途径。

三、结论

总之，多通道碳纳米纤维（MCNFs）由于其高度定制的多孔结构、受限空间和坚固的框架，代表了推进能源存储（EES）应用的有前途的途径。这些材料具有优异的性能特征，如增强的可循环性，高能量密度和快速的质量传递动力学，由其特定的结构特征驱动。本文综述了电纺丝材料合成过程中控制mcnf结构和孔隙率的关键技术。它强调了材料组成从聚合物到碳和纳米复合材料的演变，强调了优化孔隙结构和功能的重要性。通过阐明这些进展背后的机制和方法，本文旨在加深对孔隙结构如何影响电纺丝纳米纤维材料在EES应用中的性能的理解。展望未来，MCNFs的持续开发和利用在解决当前储能领域的挑战和探索先进机遇方面具有巨大潜力。未来的研究方向将继续集中在改进这些材料，以满足可持续能源技术不断发展的需求。

图1. (a) MCNF 的合成过程、结构及其应用示意图。(b) 2001 年至 2024 年使用关键词 “ESP”、“电纺 ”和 “MCNFs ”的论文数量。(c) 电纺丝装置示意图。(d) 电纺丝过程中纳米纤维的起源示意图。

图2.（a, b）多孔MCNFs及其相应的SEM放大示意图。（c, d） nfc /MoSe2、NMCFs/MoSe2和NMCFs/MoSe2的制备及其相应的SEM形貌的象形图。（e, f）具有相应结构形态的MCNHs的制备示意图。