DOI:10.1016/j.apsusc.2020.147496

氧化铪（HfO2）即二氧化铪，被认为是用于神经形态计算系统和光学涂层等未来应用的最佳材料之一。尽管HfO2多种晶体结构中的四方相（t相）在介电常数、带隙、耐腐蚀和硬度等物理化学性质方面优于在低温下形成的最常见的单斜相（m相），但在1670℃以下很难稳定t相。在此，研究者使用静电纺丝技术合成了氧缺陷的四方氧化铪纳米纤维（t-HfO2-x NFs），其中包括聚合物共混的前体和低处理温度（<600℃）下的镁热反应。t-HfO2-x NFs的小晶粒尺寸（<10nm）和氧空位（Voxygen）在纳米纤维结构中协同稳定了t相。对t-HfO2-x NFs在碱性和酸性介质中的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）性能进行了评估，结果表明t-HfO2-x NFs在两种介质中的性能均高于m-HfO2 NFs。在HfO2基材料中制备t相的简便方法可广泛用于许多未来应用。

图1.（a）Hf-O系统的温度-组成相图。（b）合成含氧空位的t-HfO2-x的低处理温度（<600℃）示意图。

图2.（a）空气中PB-Hf NFs的热重分析（TGA）数据。（b）纺制的PB-Hf NFs的SEM图像。（c）m-HfO2 NFs和（d）t-HfO2-x NFs的TEM图像。（e）t-HfO2-x的STEM-EDS映射图像，显示了O（青色）和Hf（红色）的元素分布。

图3.（a）m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的PXRD图和（b）拉曼光谱。m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的XPS对比数据，显示了其（c）Hf 4f和（d）O 1s。（e）m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs的ESR数据。（f）HfO2中O2–缺陷的π波函数示意图。

图4.使用转速为1600rpm的旋转圆盘电极，m-HfO2 NFs和t-HfO2-x NFs在O2饱和的0.1 M KOH和0.1 M HClO4溶液中的ORR和（c，d）OER极化曲线。在0.1 M KOH溶液中，（e）m-HfO2 NFs和（f）t-HfO2-x NFs在各种旋转速度（500-2500rpm）下的ORR极化曲线。

图5.t-HfO2-x NFs的可能ORR机制。