DOI:10.1016/j.susmat.2020.e00221

静电纺丝技术因其易于操作、环保以及适宜进行大规模生产而在电催化领域引起了广泛的关注。电纺氮掺杂碳纤维具有尺寸均匀、缺陷可控、排列有序和可批量生产等优点，这有利于在电催化中的实际应用。氮掺杂可以激活相邻的碳原子。石墨氮可以向π-共轭碳体系提供电子，吡啶氮对相邻的碳原子具有电子吸引作用，从而提高了电催化性能。然而，纯氮掺杂碳纤维的催化活性无法满足实际应用的需求。因此，研究人员对优化碳纤维的结构和组成进行了深入的研究。本文综述了各种结构的电纺氮掺杂碳纳米纤维，并对杂原子掺杂和纤维结构的优点进行了总结。详细阐述了氮掺杂碳纳米纤维在氧气和二氧化碳还原反应、析氢和析氧反应中的应用进展。最后，对电纺碳纳米纤维催化剂的未来发展前景作了展望。

图1.（a）N，F，P三元掺杂大孔碳纤维的合成过程。（b-d）合成的NFPC的TEM

图2.（a）源自核壳PAN@ZIF-67纤维的杂原子掺杂碳纳米纤维的合成示意图。（b）CNF@Zn/CoNC的SEM图像和（c）TEM图像

图3.（a）N，P-HCNFs的制备过程示意图。（b）N，P-HCNFs断裂表面的SEM图像。（c）N，P-HCNFs的TEM图像

图4.（a）Co@MCM的合成过程示意图。（b）Co@MCM的FESEM图片。（c-d）Co@MCM的TEM图像

图5.（a）通过静电纺丝Zn/Co-ZIFs/PAN纳米纤维制备Zn/Co-N@PCNFs的示意图和模拟分子结构图。（b）Zn/Co-N@PCNFs-800在0.1M N2饱和和O2饱和的KOH中的CV曲线，扫描速率为50 mV s-1。（c）Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C在0.1M O2饱和KOH电解质中的LSV曲线，扫描速率为10 mV s-1和转速为1600rpm。（d）相对于RHE，在0.7V下，Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C在0.1M O2饱和KOH水溶液中的计时安培响应。（e）Zn/Co-N@PCNFs-800和20wt％Pt/C对甲醇的耐久性测试。箭头表示已加入1mL甲醇

图6.（a）FeNi/N-CPCF膜的形态示意图。（b）不同催化剂在0.1M KOH电解质中的LSV曲线，扫描速率为5 mV s-1，并经过IR校正。（c）从相应的LSV曲线获得的Tafel图。（d）CV扫描2000个循环前后FeNi/N-CPCF-950的OER极化曲线

图7.（a）在0.5M H2SO4（pH0）中的极化曲线。（b）相应的Tafel图。（c）Ni2P@NPCNFs在20至200 mV s-1不同速率下的循环伏安图（插图：在0.45V下的电容电流（y轴，Δj0.45V（mA cm-2）；x轴，扫描速率（mV s-1）。（d）在进行CV扫描3000次循环之前和之后Ni2P@NPCNFs的极化曲线（插图：在3000次循环之前和之后的相应TEM图像）。（e）制备的Ni2P@NPCNFs的TEM图像。（f）在Ni2P@NPCNFs上增强HER过程的图解

图8.（a）NSHCF的合成。（b）以NSHCF900为阴极，在CO2饱和（—）和N2饱和（---）的0.1M KHCO3溶液中的LSV曲线。（c）使用NSHCF900作为阴极的CO和H2的法拉第效率。（d）在CO2饱和的0.1M KHCO3溶液中，利用不同阴极在-0.3至-1.1VRHE电位范围内生成CO的法拉第效率。（e）在-0.7VRHE下进行的长期测试