DOI: 10.1039/c9nr10943a
具有高活性和長壽命的低成本雙功能電催化劑的開發對于氧化還原反應（ORR）和析氧反應（OER）至關重要。雙功能電催化劑的合理設計和構造是能量儲存和轉化技術的關鍵。本研究以過渡金屬碳氮化物為貴金屬催化劑，采用靜電紡絲技術，將Ni-Co-BTC（金屬有機骨架）與聚丙烯腈（PAN）混合，制備竹節狀納米纖維前驅體（Ni-Co-BTC@PAN）。采用不同溫度下的高溫碳化反應，用氮摻雜的納米碳纖維包覆鎳鈷合金納米粒子，合成了一系列電催化材料（NiCo-X@N-CNFs-Ts，T=700、800、900℃）。本文研究了NiCo-X@N-CNFs-Ts（T=700、800、900℃）的不同煅燒溫度和不同的Ni/Co摩爾比對ORR/OER的雙功能催化性能的影響。NiCo-0.8@N-CNFs-800復合材料表現出高氮摻雜水平，均勻的NiCo合金納米顆粒分散和分散的NiCo-Nx活性位，因此具有出色的雙功能電催化性能。 NiCo-0.8@N-CNFs-800的ORR起始電勢為0.91 V，半波電勢（E1/2）為0.82 V，NiCo-0.8@N-CNFs-800對應于OER條件下所有NiCo-X@N-CNFs-Ts雜化物在電流密度為10 mA cm-2時的最小電位1.61 V。NiCo-0.8@N-CNFs-800催化劑在ORR（E1/2）和OER（Ej=10 mA cm-2）之間顯示出0.79 V的低可逆超電勢，具有出色的穩定性、耐久性和甲醇耐受性，甚至出乎意料地優于商用Pt/C和RuO2催化劑。這項工作為能源應用中不同多功能非貴金屬催化劑的設計和開發提供了總體策略和有益的指導。
圖1.（a）在不同溫度下獲得的MOF衍生的NiCo-0.8@N-CNFs-Ts樣品的XRD圖譜，以及（b）相應的局部放大XRD圖譜。（c）NiCo-0.8@N-CNFs-Ts的拉曼光譜和（d）Ni-Co-0.8-BTC前驅體的高倍SEM圖像。
圖2.（a）NiCo-0.8@N-CNFs-800的C 1s光譜，（b）N 1s光譜，（c）Co 2p和（d）Fe 2p光譜。
圖3.（a）和（b）Ni-Co-0.8-BTC@PAN納米纖維，（c）和（d）NiCo-0.8@N-CNFs-700，（e）和（f）NiCo-0.8@N-CNFs-800，以及（g）和（h）NiCo-0.8@N-CNFs-900的SEM圖像 。
圖4.（a）NiCo-0.8@N-CNFs-800的TEM圖像。（b）NiCo-0.8@N-CNFs-800的晶格邊緣，（c）鎳鈷合金納米粒子，（d）鎳鈷合金納米顆粒的HRTEM和晶格圖像（插圖：單個鎳鈷合金納米顆粒的晶格）。
圖5.（a）NiCo-0.8@N-CNFs-Ts的N2吸附-解吸等溫線，（b）使用NiCo-0.8@N-CNFs-Ts的BJH方法測定的孔徑分布。
圖6.(a)NiCo-0.8@N-CNFs-Ts、商用Pt/C和RuO2電催化劑在0.1 M O2飽和KOH電解液中轉速為1600 rpm的LSV曲線,（b）NiCo-0.8@N-CNFs-800在不同轉速下的LSV曲線,（c）在不同電勢下，NiCo-0.8@N-CNFs-800的相應K–L曲線，（d）由1600 rpm下的LSV曲線得出的NiCo@N-CNFs-Ts和Pt/C電催化劑的塔菲爾圖，（e）通過添加甲醇，以1600 rpm的轉速，在0.665 V下，NiCO-0.8@N-CNFs-800和Pt/C催化劑相對于RHE在1 M O2飽和KOH中的甲醇耐受性實驗，（f）NiCo-0.8@N-CNFs-800和Pt/C催化劑相對于RHE在0.665 V、1600 rpm的實時電流響應曲線。
圖7.（a）NiCo-0.8@N-CNFs-800在0.1 M O2飽和的KOH溶液中，轉速為1600 rpm時的RRDE曲線，（b）使用RRDE曲線在不同電勢下計算的NiCo-0.8@N-CNFs-800的n和H2O2產率。
圖8.（a）NiCo-0.8@N-CNFs-Ts、Pt/C和RuO2在0.1 M O2飽和KOH溶液中以1600 rpm的LSV曲線，（b）NiCo-0.8@N-CNFs-Ts和RuO2電催化劑的LSV曲線，（C）NiCo-0.8@N-CNFs-800的CVs，掃描速率為2～10 mV s-1，（d）在1.195 V下相對于RHE的NiCo-0.8@N-CNFs-Ts電流密度與不同掃描速率曲線的關系，（e）1000次循環前后，NiCo-0.8@N-CNFs-800的LSV曲線，（f）在1.7 V下相對于RHE的NiCo-0.8@N-CNFs-Ts的奈奎斯特圖。
圖9.不同催化劑的LSV曲線顯示了在0.1 M KOH中以1600 rpm的雙功能ORR/OER活性。
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