上海大學劉浩Sustain. Mater. Technol.：電紡絲氮摻雜碳纖維用于電催化

DOI:10.1016/j.susmat.2020.e00221

靜電紡絲技術因其易于操作、環保以及適宜進行大規模生產而在電催化領域引起了廣泛的關注。電紡氮摻雜碳纖維具有尺寸均勻、缺陷可控、排列有序和可批量生產等優點，這有利于在電催化中的實際應用。氮摻雜可以激活相鄰的碳原子。石墨氮可以向π-共軛碳體系提供電子，吡啶氮對相鄰的碳原子具有電子吸引作用，從而提高了電催化性能。然而，純氮摻雜碳纖維的催化活性無法滿足實際應用的需求。因此，研究人員對優化碳纖維的結構和組成進行了深入的研究。本文綜述了各種結構的電紡氮摻雜碳納米纖維，并對雜原子摻雜和纖維結構的優點進行了總結。詳細闡述了氮摻雜碳納米纖維在氧氣和二氧化碳還原反應、析氫和析氧反應中的應用進展。最后，對電紡碳納米纖維催化劑的未來發展前景作了展望。

圖1.（a）N，F，P三元摻雜大孔碳纖維的合成過程。（b-d）合成的NFPC的TEM

圖2.（a）源自核殼PAN@ZIF-67纖維的雜原子摻雜碳納米纖維的合成示意圖。（b）CNF@Zn/CoNC的SEM圖像和（c）TEM圖像

圖3.（a）N，P-HCNFs的制備過程示意圖。（b）N，P-HCNFs斷裂表面的SEM圖像。（c）N，P-HCNFs的TEM圖像

圖4.（a）Co@MCM的合成過程示意圖。（b）Co@MCM的FESEM圖片。（c-d）Co@MCM的TEM圖像

圖5.（a）通過靜電紡絲Zn/Co-ZIFs/PAN納米纖維制備Zn/Co-N@PCNFs的示意圖和模擬分子結構圖。（b）Zn/Co-N@PCNFs-800在0.1M N2飽和和O2飽和的KOH中的CV曲線，掃描速率為50 mV s-1。（c）Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C在0.1M O2飽和KOH電解質中的LSV曲線，掃描速率為10 mV s-1和轉速為1600rpm。（d）相對于RHE，在0.7V下，Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C在0.1M O2飽和KOH水溶液中的計時安培響應。（e）Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C對甲醇的耐久性測試。箭頭表示已加入1mL甲醇

圖6.（a）FeNi/N-CPCF膜的形態示意圖。（b）不同催化劑在0.1M KOH電解質中的LSV曲線，掃描速率為5 mV s-1，并經過IR校正。（c）從相應的LSV曲線獲得的Tafel圖。（d）CV掃描2000個循環前后FeNi/N-CPCF-950的OER極化曲線

圖7.（a）在0.5M H2SO4（pH0）中的極化曲線。（b）相應的Tafel圖。（c）Ni2P@NPCNFs在20至200 mV s-1不同速率下的循環伏安圖（插圖：在0.45V下的電容電流（y軸，Δj0.45V（mA cm-2）；x軸，掃描速率（mV s-1）。（d）在進行CV掃描3000次循環之前和之后Ni2P@NPCNFs的極化曲線（插圖：在3000次循環之前和之后的相應TEM圖像）。（e）制備的Ni2P@NPCNFs的TEM圖像。（f）在Ni2P@NPCNFs上增強HER過程的圖解

圖8.（a）NSHCF的合成。（b）以NSHCF900為陰極，在CO2飽和（—）和N2飽和（---）的0.1M KHCO3溶液中的LSV曲線。（c）使用NSHCF900作為陰極的CO和H2的法拉第效率。（d）在CO2飽和的0.1M KHCO3溶液中，利用不同陰極在-0.3至-1.1VRHE電位范圍內生成CO的法拉第效率。（e）在-0.7VRHE下進行的長期測試