DOI:10.1016/j.apsusc.2020.147496
氧化鉿（HfO2）即二氧化鉿，被認為是用于神經形態計算系統和光學涂層等未來應用的最佳材料之一。盡管HfO2多種晶體結構中的四方相（t相）在介電常數、帶隙、耐腐蝕和硬度等物理化學性質方面優于在低溫下形成的最常見的單斜相（m相），但在1670℃以下很難穩定t相。在此，研究者使用靜電紡絲技術合成了氧缺陷的四方氧化鉿納米纖維（t-HfO2-x NFs），其中包括聚合物共混的前體和低處理溫度（<600℃）下的鎂熱反應。t-HfO2-x NFs的小晶粒尺寸（<10nm）和氧空位（Voxygen）在納米纖維結構中協同穩定了t相。對t-HfO2-x NFs在堿性和酸性介質中的氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）性能進行了評估，結果表明t-HfO2-x NFs在兩種介質中的性能均高于m-HfO2 NFs。在HfO2基材料中制備t相的簡便方法可廣泛用于許多未來應用。
圖1.（a）Hf-O系統的溫度-組成相圖。（b）合成含氧空位的t-HfO2-x的低處理溫度（<600℃）示意圖。
圖2.（a）空氣中PB-Hf NFs的熱重分析（TGA）數據。（b）紡制的PB-Hf NFs的SEM圖像。（c）m-HfO2 NFs和（d）t-HfO2-x NFs的TEM圖像。（e）t-HfO2-x的STEM-EDS映射圖像，顯示了O（青色）和Hf（紅色）的元素分布。
圖3.（a）m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的PXRD圖和（b）拉曼光譜。m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的XPS對比數據，顯示了其（c）Hf 4f和（d）O 1s。（e）m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的ESR數據。（f）HfO2中O2–缺陷的π波函數示意圖。
圖4.使用轉速為1600rpm的旋轉圓盤電極，m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs在O2飽和的0.1 M KOH和0.1 M HClO4溶液中的ORR和（c，d）OER極化曲線。在0.1 M KOH溶液中，（e）m-HfO2 NFs和（f）t-HfO2-x NFs在各種旋轉速度（500-2500rpm）下的ORR極化曲線。
圖5.t-HfO2-x NFs的可能ORR機制。
