DOI: 10.1002/ente.202100301

由静电纺丝纳米纤维制备的碳材料具有分级孔隙率和良好的导电性，在电催化领域，尤其是在氧还原反应（ORR）方面，引起了广泛关注。利用静电纺丝技术可以轻松制备出大批量尺寸均匀的纤维，作为碳纤维的前驱体，在开发大规模、低成本、高活性的ORR催化剂用于燃料电池和金属-空气电池等新能源设备方面彰显出巨大的潜力。在此，基于对ORR机理和静电纺丝技术的简单了解，本文对近年来通过静电纺丝法合成非贵金属ORR催化剂的研究进行了综述。简要说明了应用静电纺丝技术制备ORR催化剂所带来的优势。展示了如何通过改良喷丝头获得用于ORR催化的具有特定结构的静电纺丝纤维。重点讨论了通过基底功能化和活性位点调节来提高静电纺丝纤维ORR性能的策略。最后，作者就静电纺丝技术在非贵金属或电催化领域的发展前景和未来挑战发表了自己的观点。

图1.静电纺丝技术的应用领域示意图。

图2.Pt（111）上电子缔合ORR的自由能图。

图3.配备静态圆盘收集器的静电纺丝装置示意图和影响因素。

图4.用于ORR催化的静电纺丝纤维的基本要素四面体。

图5.静电纺丝纤维孔隙率分布示意图。

图6.a）g-C3N4掺杂CNFs在O2饱和的0.1M KOH溶液中于10mV/s下的ORR极化曲线。g-C3N4掺杂CNFs组装ZAB的b）开路图，c）功率密度曲线以及d）10mA/cm2下的充电/放电循环。e）在CNFs中掺杂氧化石墨烯的SEM顶视图。f）在CNFs中掺杂碳纳米管的TEM图像。

图7.a）NPCNF的柔性图片。b）NPCNF的N2吸附解吸等温线和孔体积。c）NPCNF的SCN-毒性试验。d,e,f）组装在柔性ZAB中的NPCNF在0°、90°和180°弯曲角度下的开路电压稳定性。

图8.a）配备线性槽式喷丝头的聚合物熔体微分静电纺丝装置示意图。b）部分线性槽式喷丝头。c）线性槽式喷丝头的聚合物熔体射流图片。

图9.a）和b）同轴喷丝头静电纺丝制备示意图。c）由b）衍生的具有中空结构的Co9S8-NSHPCNF的SEM图像。d）平行喷丝头静电纺丝制备示意图。e）由d）衍生的具有Janus结构的Fe2C/CNFs的SEM图像。

图10.含a）0D纳米粒子，b,c）1D纳米管和d,e）2D纳米片的纳米结构示意图以及SEM图像。

图11.a）Peng团队研发的CNFs的FESEM图像。b）Ma团队研发的CNFs的SEM图像。c）Zong团队研发的CNFs的FESEM图像。d）Wang团队研发的CNFs的SEM图像。

图12.a）S掺杂基团对电荷转移到d频带中心的影响。b）具有更多活性位点的F掺杂CNFs的示意图。Fe3C@N-PCF c）和Fe3C@NP-PCF d）的XRD图。e）B掺杂CNFs的网络示意图。

图13.a）在O2饱和的0.1M KOH溶液中于10mV/s下的ORR极化曲线。b）在1M KOH溶液中于10mV/s下的OER极化曲线和Tafel图。c）ORR和OER过电位。d）ZAB的开路电压。e）ZAB的极化和功率密度曲线。f）可充电ZAB在10mA/cm2下的循环稳定性。

图14.a）Fe/Co-N-C纳米纤维的TEM和b）HRTEM图像。c）XRD谱。d）分别为模拟分子结构、前体、稳定后的CNFs和碳化后的CNFs的图。