DOI: 10.1002/cnma.201900483

催化纳米颗粒的尺寸、负载和化学组成的优化是获得经济高效的（电子）催化剂的关键步骤。该报告详细阐述了钯（Pd）纳米颗粒尺寸和电纺N基掺杂碳纳米纤维（nCNF）上的优化，以实现燃料电池、金属空气电池等能源设备的氧还原反应（ORR）。利用静电纺丝技术生产一维（1D）聚丙烯腈纳米纤维，然后进行两步碳化过程，获得直径在200-350 nm范围内的导电nCNF。通过热原子层沉积（ALD）技术用离散的Pd纳米颗粒修饰合成后的nCNF，其范围从2.6±0.4 nm到4.7±0.5 nm。研究者发现，nCNF沉积的Pd纳米颗粒尺寸为3.9×0.6 nm (Pd20/nCNF)，其ORR活性最好，Tafel斜率最小为58 mV dec^-1，并且有4个电子参与ORR。另外，Pd20/nCNF处的半波电位高值（E_1/2=806 mV 与RHE相比）和交换电流密度（i₀=6.998 mA cm^-2）使其成为其他Pd装饰nCNF的有效催化剂。此外，我们发现具有较低负载/密度的Pd纳米粒子的电催化剂显示出增强的ORR活性。

图1.在800℃下产生的电纺PAN纳米纤维（a）和nCNF的SEM图像（b）。nCNF的XPS全扫描光谱（c）和N1 s的去卷积XPS光谱（d）。

图2.Pd10/nCNF（a）、Pd20/nCNF（b）、Pd30/nCNF（c）和Pd40/nCNF（d）的STEM图像。

图3.Pd/nCNF样品的XRD（a）和Pd20/nCNF的Pd3d去卷积XPS光谱（b）

图4.在N₂（黑色）、O₂（红色）饱和的0.1M KOH下，以10 mVs^-1的扫描速率在nCNF（a）、Pd10/nCNF（b）、Pd20/nCNF（c）、Pd30/nCNF（d）、Pd40/nCNF（e）、Pt/C（f）处测得的CV。

图5.在O₂饱和的0.1M KOH下，在nCNF、Pd10/nCNF、Pd20/nCNF、Pd30/nCNF、Pd40/nCNF和Pt/C处获得的Tafel斜率（数据来自图S6）。