【摘要】
靜電紡納米纖維由于其簡便以及可控的工藝制備過程在電催化（氧還原反應，ORR）領域表現出了獨特的應用優勢。近日，北京科技大學李從舉教授團隊綜述了納米纖維基非貴金屬材料在ORR中的研究進展。首先，系統介紹了靜電紡絲的基本原理、ORR機理以及納米纖維的制備方法，并討論了兩種生長方式的優缺點。其次，詳細綜述了金屬有機骨架衍生物、單原子催化劑和過渡金屬氧化物等非貴金屬納米纖維催化劑在ORR中的最新進展，重點強調了靜電紡絲納米纖維催化劑的組成、形貌和結構對其電化學性能的影響。最后，對納米纖維材料在電催化領域進一步的發展提出了一些挑戰和展望。該綜述能夠為基于靜電紡絲納米纖維結構的新型電催化劑的設計和開發提供一定的借鑒意義。
【研究背景】
隨著傳統化石燃料的快速消耗，能源和環境問題已經成為亟待解決的難題，因此對新型可再生電化學存儲和轉換系統提出了更高的要求。包括金屬-空氣電池在內的燃料電池因其高能量密度、良好的安全性和環境友好性而被認為是具有良好應用前景的清潔能源。然而其發展主要受限于緩慢的陰極氧還原反應動力學，往往需要高效的催化劑來加快動力學過程和提高轉化效率。因此，發展具有優異催化活性以及廉價的非貴金屬催化劑尤為重要。ORR過程主要發生在氣/固/液所組成的三相界面，而對于催化劑的設計要求主要有以下幾個方面：1）分級的多孔形貌，有助于構筑有序的氣體擴散通道；2）高的比表面積，有助于暴露更多的反應活性位點；3）可調節的電子結構，有助于提升本征活性。而納米纖維因其獨特的物理化學性質（可調控的形貌、高的比表面積、多樣的組成構成、豐富的孔徑、良好的柔韌性等）在ORR中得到了廣泛的關注和研究。
在一維材料中，納米纖維基MOF衍生物、單原子催化劑、以及過渡金屬氧化物等電催化材料展現出了獨特的應用優勢。高的比表面積、豐富的孔隙率、良好的柔韌性，以及優異的電荷傳輸特性，推動了其在ORR催化領域的發展。盡管如此，一維納米纖維材料仍然面臨著一些挑戰。首先，如何合理設計和優化具有特定結構、形貌和孔隙率的一維納米纖維材料對提高電化學性能有著重要的作用。其次，不同官能團之間的協同機理尚不明晰，例如，氮的類型通常分為石墨氮、吡咯氮、吡啶氮，而每一種氮所起的作用以及他們之間的構效關系有待于進一步研究。因此，通過理論和實驗研究，對于深入理解其催化機理以及協同關系具有重要意義。最后，如何平衡好纖維形貌、長徑比、電導率、比表面積、孔結構和機械穩定性等各種因素之間的關系對于提高ORR性能至關重要。
相關查詢
溫馨提示：尊敬的[]站點管理員，將本頁鏈接加入您的網站友情鏈接，下次可以快速來到這里更新您的站點信息哦！每天更新您的[用于高效氧還原反應的功能電紡絲納米纖維基復合材料]站點信息，可以排到首頁最前端的位置，讓更多人看到您站點的信息哦。