DOI: 10.1016/j.renene.2021.06.076

在水电解制氢技术的框架内，开发高效、有竞争力的设备，需要具有活性和耐久性的析氧反应（OER）电催化剂来替代贵金属催化剂。在本文中，作者首次研究了碳纳米纤维（CNF）负载钽基催化剂。利用旋转环盘电极（RRDE）分析了碱性环境下CNF特性和催化剂退火温度对OER电化学响应的影响。在700℃下合成并在800℃的退火温度下处理的催化剂石墨化程度较高，尽管其具有较低的比表面积，但OER活性和氧效率最高。当钽氧化物中氧气含量较低时，碳纳米纤维的有序化程度有利于氧气的生成。此外，最活跃的催化剂也表现出优异的耐久性。

图1.催化剂中Ta4f的XPS信号：a）TaOx800/CNF600（红色）和TaOx900/CNF600（绿色）；b）TaOx800/CNF700（橙色）和TaOx900/CNF700（棕色）。

图2.电催化剂的XRD衍射图。a）TaOx800/CNF600，b）TaOx900/CNF600，c）TaOx800/CNF700，d）TaOx900/CNF700。实验点（红色）；计算图（黑色）；误差（蓝色）。

图3.a和b）TaOx800/CNF600和c和d）TaOx800/CNF700不同放大倍数下的TEM和STEM图像。

图4.在0.1M NaOH中于5 mV·s-1下的线性扫描伏安曲线，转速为1600rpm。a）圆盘电流密度；b）环状电流。CNF600（蓝色）；CNF700（黄色）。

图5.在0.1M NaOH中于5 mV·s-1下的线性扫描伏安曲线，转速为1600rpm。a）Vulcan（黑色），CNF600（蓝色），TaOx800/CNF600（红色），TaOx900/CNF600（绿色）；b）Vulcan（黑色），CNF700（黄色），TaOx800/CNF700（橙色），TaOx900/CNF700（棕色）。

图6.在0.1M NaOH中于5 mV·s-1、1600rpm下进行线性扫描伏安实验，由此得出CNFs和钽酸盐负载CNFs的OER塔菲尔图，根据纽曼方程估计欧姆电阻为8Ω·cm2。60和120 mV dec-1的塔菲尔斜率为参考。

图7.在O2饱和的0.1M NaOH中于400rpm下沿连续OER-ORR计时电位循环（1mA·cm-2）的电位变化。TaOx900/Vulcan（○）和TaOx800/CNF700（◊）。

图8.（a）耐久性试验后，TaOx800/CNF700在不同放大倍数下的TEM和（b）STEM图像。