靜電紡聚丙烯腈碳化衍生的氮摻雜碳纖維作為高效的無金屬析氫反應電催化劑

DOI：10.1016/j.ijhydene.2019.11.204

開發持久高效的析氫反應（HER）電催化劑，對推動水解離技術的商業化具有重要意義。在這項工作中，作者報告了一種由電紡聚丙烯腈(PAN)膜在800℃ (NCFs-800)下碳化而得到的氮摻雜碳纖維，作為在酸性和堿性介質中用于HER催化的高效、穩定的無金屬電催化劑。由于電催化劑中的均相氮摻雜，與RHE 相比，NCFs-800只需要114.3 mV和198.6 mV就可以分別在0.5 M H₂SO₄和1 M KOH電解質中達到10 mA cm^-2的電流密度。此外，在2000個電位循環后，HER活性得到了很好的維持，這表明NCFs-800由于具有高耐腐蝕性的纖維狀結構，在酸性和堿性條件下均具有很高的耐久性。本研究提供了合成穩定、高效的無金屬電催化劑的新策略，該策略可擴展到其他雜原子摻雜的碳電催化劑。

圖1.NCFs-700（a）、NCFs-800（b）和NCFs-900（c）的SEM圖像。NCFs-800的TEM（d），HR-TEM（e），HAADF-STEM（f）圖像和相對EDS映射。

圖2.（a）NCFs-700、NCFs-800和NCFs-900的XRD圖。NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的去卷積N1s峰。

圖3.在0.5 M H₂SO₄電解液中測試的NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的HER性能（a）、ECSA（b）、電化學阻抗譜（c）和Tafel斜率（d）。NCFs-800在0.5 M H₂SO₄電解液中的HER曲線（e）和ECSAs（f）。

圖4.在1 M KOH電解質中測試的NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的HER性能（a）、ECSA（b）、電化學阻抗譜（c）和Tafel斜率（d）。NCFs-800在1 M KOH電解液中的HER曲線（e）和ECSAs（f）。

圖5.耐久性測試后，NCFs-800的TEM（a）、HR-TEM（b）、HAADF-STEM圖像和相對EDS映射。