由于钾供应充足，钾离子电池（PIBs）被认为是锂离子电池（LIBs）的一种有前途的替代电池系统。碳质材料是这些电池的首选负极材料。然而，碳质负极材料的电化学性能仍不尽人意，在一定程度上阻碍了PIBs的发展。在这项工作中，以尿素作为氮源，通过煅烧细菌纤维素合成了氮掺杂碳纳米纤维（N-CNFs）。当用作PIBs负极材料时，经250次循环后N-CNFs在0.2C下表现出205mAh/g的稳定比容量，在5.0C下表现出149.7mAh/g的出色倍率性能。氮掺杂结构可以促进K+和电子传导，这将有效提高电极的电化学性能。此外，原位X射线光电子能谱和X射线衍射图谱分析说明了K+在N-CNF电极中的可逆嵌入。
图1.（a）N-CNFs的SEM图像和（b,c）TEM图像。（c）中的插图显示了高分辨率TEM图像。（d）HAADF-STEM图像以及C（红色）、N（绿色）和O（蓝色）的相应元素分布图。
图2.（a）N-CNFs和CNFs的XPS全扫描光谱。（b）N-CNFs的高分辨率N1s光谱以及（c）N-CNFs中三种氮缺陷的示意图，包括石墨-N、吡啶-N和吡咯-N。（d）N-CNFs和CNFs的N2吸附等温线。
图3.（a）N-CNFs在0.1mV/s的扫描速率下的CV曲线。（b）N-CNFs在0.2C时的恒电流曲线，插图显示了N-CNFs和CNFs的第一次循环。（c）N-CNFs和CNFs电极的循环和（d）倍率性能。
图4.（a,b）第一次循环中新鲜、完全放电和充电状态下N-CNF电极的非原位拉曼光谱，D和G带的峰强度比（ID/IG）以及（c）XRD图谱。（d）第一次循环中完全放电状态下N-CNFs的原位TEM和元素映射表征。
