纤维素以其丰富、可再生、低成本等优点，成为了一种极具发展前景的天然生物高分子材料。本文提出了一种利用纤维素纳米纤维(CNFs)在微波辐照下制备钠离子电池(SIBs)钠化碳阳极的新方法，用于潜在的超高速和大规模制造。由于CNFs对微波的吸收较弱，通常不可能通过微波处理直接碳化CNFs，但研究发现少量还原氧化石墨烯(rGO)可以作为有效的引发剂。微波还原氧化石墨烯(rGO)释放出极高的能量，导致局部超高温和超高的升温速率，从而致使CNFs快速碳化，并在几秒钟内产生钠化碳质材料。碳质材料中的钠是由含钠离子羧基的CNFs碳化引入的，它为钠离子插入碳质阳极的嵌钠/脱钠提供了良好的空间，从而提高了钠离子插入碳质阳极的电化学性能。当微波化的 rGO-CNF (MrGO-CNF)被用作SIBs的阳极时，可提供558 mAh g⁻¹的高初始容量，并在200次循环后仍保持340 mAh g⁻¹的容量。良好的可逆性和循环稳定性表明，MrGO-CNF是钠离子电池的理想阳极。

Figure 1. MrGO-CNF合成工艺示意图。

Figure 2. (a,b) GO-CNF)和(d,e) MrGO-CNF的SEM图。(c) GO-CNF和(f) MrGO-CNF的TEM图。(g) MrGO-CNF的元素映射。

Figure 3. (a) GO-CNF、rGO-CNF和MrGO-CNF的XRD图。(b) MrGO-CNF的拉曼光谱。(c) MrGO-CNF的2D峰值。 MrGO-CNF的(d) FT-IR图和e)隔离FT-IR图。(f) MrGO-CNF的N₂吸附-解吸等温曲线。

Figure 4. GO-CNF、rGO-CNF和MrGO-CNF的XPS详细分析。(a)XPS。(b)碳、氧和(c)钠的原子含量。(d) C-CNF、(e) rGO-CNF和(f) MrGO-CNF的C 1sXPS谱。(g) GO-CN还原和微波的示意图。

Figure 5. MrGO-CNF阳极的钠离子半电池。(a) MrGO-CNF在扫描速率为0.1 mV s⁻¹时的CV曲线。(b)电流密度为100 mA g⁻¹时，电位范围为0.001-2.5 V，MrGO-CNF的第1、2和25个周期的恒流嵌钠/脱钠曲线。(c) MrGO-CNF(红线)和硬质碳(灰线)的充放电循环性能。(d)电流密度为100 mA g⁻¹时，MrGO-CNF的充放电循环性能。(e) MrGO-CNF的倍率性能。(f) MrGO-CNF的Nyquist图及其等效电路。

相关研究成果于2019年由同济大学Jia Huang课题组，发表在Small ( https://doi.org/10.1002/smll.201901724)上。原文：High-Performance Sodium-Ion Battery Anode via Rapid Microwave Carbonization of Natural Cellulose Nanofibers with Graphene Initiator