Abstract Grafting functional components onto carbon fibers is important for designing many multifunctional composites. However, this process is often hindered by the low reactivity of carbon fibers. Hence, developing innovative grafting strategies with functional groups or nanomaterials on carbon fibers (CFs) is highly desired. Herein, we proposed a facile method to grow hydrophilic Fe3O4 NPs on non-pretreated CFs using a polyol-assisted hydrothermal method, changing hydrophobic CFs to hydrophilic. Benefiting from the hydrophilic property of CFs@Fe3O4, the resultant CFs@Fe3O4 can be successfully coated by SiO2 layer to form CFs@Fe3O4@SiO2 composites. After a hydrothermal reaction with nickel ions, the CFs@Fe3O4@nickel silicate composites were fabricated. Followed by coating polydopamine (PDA) layer and then carbonizing in N2 atmosphere, CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni hybrids can be finally obtained. Notably, the hydrophilic Fe3O4 NPs play a crucial role in the fabrication process, not only improving the interfacial adhesion of carbon fibers for further modification but also providing the main magnetism resource. Moreover, the density and size of Ni NPs can be tailored by tuning pyrolysis temperature. Experimental results confirm that CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni hybrids synthesized at 700 °C gave the best activity on the reduction in 4-nitrophenol, which are easy to collect and recycle due to their unique structure and good magnetic property.

中文翻译：

---

用亲水性 Fe3O4 纳米粒子对碳纤维进行表面改性，用于镍基多功能复合材料

摘要 在碳纤维上接枝功能成分对于设计许多多功能复合材料很重要。然而，这个过程经常受到碳纤维低反应性的阻碍。因此，非常需要在碳纤维（CF）上开发具有官能团或纳米材料的创新接枝策略。在此，我们提出了一种使用多元醇辅助水热法在未预处理的 CFs 上生长亲水性 Fe3O4 NPs 的简便方法，将疏水性 CFs 变为亲水性。受益于CFs@Fe3O4的亲水性，所得CFs@Fe3O4可以成功地被SiO2层包覆形成CFs@Fe3O4@SiO2复合材料。在与镍离子进行水热反应后，制备了 CFs@Fe3O4@镍硅酸盐复合材料。然后涂覆聚多巴胺（PDA）层，然后在 N2 气氛中碳化，最终可以获得CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni杂化物。值得注意的是，亲水性 Fe3O4 NPs 在制造过程中起着至关重要的作用，不仅可以提高碳纤维的界面粘附力以进行进一步改性，而且还提供了主要的磁性资源。此外，可以通过调整热解温度来调整 Ni NPs 的密度和尺寸。实验结果证实，在 700°C 合成的 CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni 杂化物对 4-硝基苯酚的还原活性最好，由于其独特的结构和良好的磁性能，易于收集和回收。此外，可以通过调整热解温度来调整 Ni NPs 的密度和尺寸。实验结果证实，在 700°C 合成的 CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni 杂化物对 4-硝基苯酚的还原活性最好，由于其独特的结构和良好的磁性能，易于收集和回收。此外，可以通过调整热解温度来调整 Ni NPs 的密度和尺寸。实验结果证实，在 700°C 合成的 CFs@Fe3O4@SiO2-C/Ni 杂化物对 4-硝基苯酚的还原活性最好，由于其独特的结构和良好的磁性能，易于收集和回收。