DOI: 10.1016/j.mtener.2021.100850

包括氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）在内的氧电催化是提高金属-空气电池转换效率的关键。贵金属是公认的氧电催化材料，但稀缺性和耐久性差在很大程度上阻碍了其商业化。一维（1D）多孔碳基材料（例如，碳负载过渡金属和杂原子掺杂碳）由于其具有更多暴露的活性位点、较高的电子导电性和良好的机械强度而成为贵金属基催化剂的理想替代品。然而，获得良好的一维多孔碳基材料仍然是一个巨大的挑战。静电纺丝技术结合后处理（例如预氧化和退火）是制备多孔碳基纳米纤维的简便且通用的策略。本文综述了近年来利用静电纺丝技术制备多孔碳基纳米纤维的研究进展。首先简要介绍了静电纺丝原理。然后，重点阐述并讨论了电纺多孔碳基纳米纤维的制备及其在氧电催化中的应用。最后，作者就电纺多孔碳基纳米纤维在合成和电催化应用方面的当前挑战和未来前景提出了自己的观点。

图1.（a）同轴静电纺丝装置示意图；（b）Pt/mPHCNFs电催化剂的制备方案。

图2.（a）互连多孔CNFs的制备示意图；（b）未洗涤的CNFs的扫描电子显微镜（SEM）图像；（c）洗涤后CNFs的SEM图像；（d）洗涤后CNFs横截面的SEM图像；（e）稳定的CNFs表面的SEM图像。

图3.（a）高温静电纺丝示意图；（b）工作温度对纤维形成的影响示意图；（c）工作温度与以DMF为溶剂制备的PAN纳米纤维直径之间的关系；（d）工作温度与以乙醇为溶剂制备的PAN纳米纤维直径之间的关系。

图4.（a）大-中-微孔SiC超细纤维分层多孔结构示意图；（b）多通道碳纳米纤维的制备和应用示意图。

图5.（a）N-CNFs和Ni-CNFs的制备过程示意图；（b）煅烧后CNFs的SEM图像；（c）KOH活化后CNFs的SEM图像；（d-e）在有无镍表面的情况下，N掺杂后CNFs的SEM图像。

图6.（a）静电纺丝NiFe@NCNFs示意图；（b）NiFe@NCNFs的SEM图像；（c）不同催化剂在1.0M KOH溶液中进行OER的LSV曲线；（d）Ni@NCNFs、NiFe@NCNFs和Fe@NCNFs的自由能图；（e）NiFe@NCNFs的几何模型及其对OH*、O*和OOH*中间体的吸收状态。

图7.（a）Co0.9Fe0.1-CNF的透射电子显微镜（TEM）图像；（b）Co1-xFex-CNF在0.1M KOH溶液中的OER极化曲线；（c）掺杂和不掺杂Fe的OH-吸收比较；（d-e）分别为Co-CNF和Co0.9Fe0.1-CNF的自由能图；（f）NiCoFe@N-CNF复合材料的SEM图像；（g）锌-空气电池试验示意图；（h）合金在0.8V下的实验TOF与d带中心的火山图。

图8.（a-d）Co、Ag、Ni和Fe锚定在多孔CNFs上的TEM图；（e）在O2饱和的0.1M KOH溶液中CNFs上Fe1-xCox纳米粒子的ORR极化曲线；（f）界面系统和密堆积表面的不同模型；（g）金属（Wm）和石墨层（WGr）功函数差异的能带排列示意图；（h）0.3mA/cm2下的电位与经DFT计算的WDFT的火山图。

图9.（a）单一钙钛矿氧化物示意图；（b）O2的分子轨道图及其最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）；（c）LCNP@NCNF制备示意图；（d-g）PAN纤维、La-Co复合物@PAN、NCNF和LCNP@NCNF的SEM图像；（h）锌空气电池的恒电流放电-充电循环曲线。

图10.（a）MCo2O4尖晶石氧化物的一般晶体结构；（b）Td对称性中简并d轨道的分裂；（c）PAN与CoAc比例为4:1的煅烧CNF-Co3O4的SEM图像；（d）不同组成比的多孔CNF-Co3O4在0.1M KOH溶液中进行ORR的LSV曲线；（e）Co3O4/CNF初始放电过程后的FE-SEM图，插图为XRD图；（f）h-Co3O4/CeO2@N-CNFs的合成步骤示意图；（g）Co3O4和CeO2的晶体结构；（h）h-Co3O4/CeO2@N-CNFs的XRD表征；（i）h-Co3O4/CeO2@N-CNFs的TEM图像；（j）在0.1M KOH溶液中进行OER的LSV曲线。

图11.（a）NiCo2-xFexO4/NCNFs的合成示意图；（b）NiCo1.75Fe0.25O4/NCNF的SEM和TEM图像；（c）对于不同Fe替代Co的NiCo2O4/NCNF而言，锌空气电池中的电位差比较；（d）Fe掺杂之前和之后NiCo2O4中eg的占有率；（e）Fe掺杂后电荷密度差的等值面图；（f）NiCo2O4和NiCo1.75Fe0.25O4的PDOS图；（g）O-2p能带中心和过渡金属-3d能带中心的示意图，相对于Fe掺杂前后的费米能级。