静电纺丝技术构建新型催化剂助力高效催化

静电纺丝技术构建新型催化剂助力高效催化

静电纺纳米纤维具有较小的纤维直径、良好的柔性和易操作性，作为催化载体能够与催化剂产生较强的协同效应，增加催化效果。本期精选了6篇关于静电纺丝技术应用于催化剂领域的最新研究成果，供大家了解学习。

1、暨南大学谭绍早&麦文杰Nano Energy ( IF 19.069 )：多孔碳纳米纤维限制NiFe合金纳米颗粒作为锌空气电池的高效双功能电催化剂

➣挑战：锌空气电池(ZABs)由于其成本低和内在的安全性，在下一代可持续能源储存中具有潜在的应用前景。然而，ZABs的功率密度和耐用性往往受到三重界面处离子/传质差的限制。

➣方法：暨南大学谭绍早教授&麦文杰教授团队通过将NiFe合金纳米颗粒限制在多孔碳纳米纤维中，设计的双功能催化剂(H-NiFe/CNF)具有丰富的分级孔隙和高比表面积，可显著促进O2的吸附/转移和OH-扩散。

➣创新点1：这些特性使H-NiFe/CNF表现出显著的双功能活性，提供了0.67 V的指示ΔE，优于大多数之前的报道和贵金属的Pt/C+IrO2基准。

➣创新点2：在液态ZABs中实现了长期稳定性(在5 mA cm−2下，循环超过800次)和优异的倍率性能。相应地，柔性ZABs也表现出高功率密度和长循环耐久性。

2、西北工业大学瞿永泉&马媛媛Nano Energy ( IF 19.069 ): 用于酸性析氧的高活性和稳定的非晶 IrOx/CeO2 纳米线

➣挑战：电催化水氧化在可再生能源生产和储存技术中至关重要。然而，由于催化剂的高度氧化和电解质的腐蚀性，大多数OER电催化剂在酸性条件下都很难保持高稳定性。

➣方法：西北工业大学瞿永泉、马媛媛和香港城市大学Johnny C. Ho等采用一种简便的静电纺丝/煅烧方法，制备了高活性、高稳定性的非晶态IrOx/CeO2纳米线电催化剂。

➣创新点1：非晶态催化剂在1.51 V电压下的质量活性为167 a gIr-1，在10 mA cm-2电压下的过电位为220 mV，在酸性环境中连续工作300 h，性能稳定。

➣创新点2：IrOx/CeO2紧密的纳米级特性产生了丰富的二元界面，在该界面上CeO2作为电子缓冲体调节氧中间体的吸附，降低OER的活化势垒，抑制Ir的过氧化和溶解，从而显著提高了OER的活性和稳定性。

3、黑龙江大学王蕾等人Small ( IF 15.153 )：铁单原子辅助氮化钴纳米粒子增强可充电锌-空气电池的循环寿命

➣背景：铂(Pt)基和钌(Ru)基贵金属催化剂是最有前途的ORR/OER催化剂，但其成本高和稳定性差限制了其大规模商业化。因此，探索活性高效、价格低廉的非贵金属基双功能ORR/OER电催化剂是一种有价值且意义重大的替代方法。

➣方法：黑龙江大学王蕾教授&中国科学院孙凡飞博士采用同轴静电纺丝与热解相结合的方法合成了Co5.47N粒子与Fe单原子共掺杂空心碳纳米纤维自支撑膜(H-CoFe@NCNF)。

➣创新点1：H-CoFe@NCNF表现出优异的双功能性能，ORR的Eonset = 0.96 V, OER的Ej = 10 = 1.68 V。

➣创新点2：由于纳米粒子与单原子共存，H-CoFe@NCNF对氧具有中等的结合强度。同时，Co位更有利于OER, Fe位更有利于ORR, N与金属原子之间的质子和电荷转移进一步降低了反应势垒。

➣创新点3：由H-CoFe@NCNF组成的液态锌-空气电池具有≈1100 h的充放电性能和205 mW cm-2的峰值功率密度。由H-CoFe@NCNF的自支撑膜组装的准固态锌-空气电池被证明在任何弯曲条件下都能稳定运行。

4、南京理工大学钟秦教授J. Mater. Chem. A( IF 14.511 )：用于多效水氧化的NiFe基整体式电催化剂

➣挑战：NiFe基催化剂在碱性水氧化中的具有优异活性，受到人们的广泛关注。然而，在析氧反应中，潜在的金属溶解，特别是铁的溶解，会导致活性逐渐失活。

➣方法：南京理工大学钟秦教授团队采用原位静电纺丝法合成了将异质结构FeS2-Ni3S2和FeNi3纳米粒子嵌入多孔S、 N共掺杂碳纳米纤维的整体式催化剂。

➣创新点1：集成催化剂表现出优异的OER活性，在10 mA cm-2时，过电位仅为270 mV。与Ni(OH)2的共价相互作用和碳包包覆结构提高了FeOOH的稳定性。FeOOH和Ni(OH)2在导电FeNi3和S/ N共掺杂碳的辅助下协同催化OER过程。

➣创新点2：利用上述多效性的优势，这种整体式催化剂实现了连续稳定生成氧气50 h，而不会对电极结构造成任何损坏。

5、吉林大学卢晓峰&李美璇Sci. China Mater. ( IF 8.640 )：铱钴纳米纤维作为一种高效稳定的双功能电催化剂用于高性能水裂解

➣背景：由于金属Co对H的吸附具有较高的导电性和较低的能垒，将其与Ir合金化是优化电催化剂HER性能的一种有意义的方法，也为达到更好的OER性能提供了很大的机会。

➣方法：吉林大学卢晓峰教授&李美璇博士通过静电纺丝-煅烧-原位氢还原-置换工艺制备了嵌入铱的钴纳米纤维(Co-Ir-600)。

➣创新点1：得益于的一维纳米纤维异质结构，赋予快速电子传输和传质过程以及Ir和Co两组分之间的协同作用。Co-Ir催化剂在碱性电解质中达到10 mA cm−2电流密度，仅需169 mV的极低过电位, 表现出优异的析氧电催化活性。

➣创新点2：将Co-Ir-600纳米纤维催化剂同时作为阳极和阴极的碱性电解槽，其只需要1.51 V的低电池电压，即可达到 10 mA cm−2的电流密度且耐用性好，性质明显优于参照的Pt/C∥IrO2以及许多已报道的水电解槽。

6、北京科技大学李从举教授Chem. Eng. J.(IF 16.744)：探索构建 Co/Co3O4-Ni/NiO 异质界面改性大孔互连中空碳纳米纤维

➣挑战：对于粉末催化剂，要添加绝缘聚合物粘合剂来制作电极，这不利于储能装置中离子/电子的传输。因此，迫切需要一种无粘结剂的电极来克服电导率、质量和电荷储存/传输的瓶颈。

➣方法：北京科技大学李从举教授团队以聚苯乙烯-共聚物-丙烯腈(SAN)为模板材料，采用同轴静电纺丝和热解法制备中空纳米纤维。通过微调ZIF-8的粒径和静电纺丝参数，得到了大孔互连空心碳纳米纤维。

➣创新点1：提出了一种新型多级结构的 Co/Co3O4-Ni/NiO 掺杂的大孔互连中空碳纳米纤维 (Co/Co3O4-Ni/NiO@MHCNFs) 作为 Li-O2 电池的自支撑和无粘合剂催化剂。

➣创新点2：Co/Co3O4-Ni/NiO修饰的自支撑大孔互连空心碳纳米纤维(MHCNFs)电极表现出显著的电化学性能，包括长期循环163次，最大容量(16623 mAh/g)。