DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.01.262

在本研究中，作者基于电吹纺丝法和碳化工艺设计并制备了钴掺杂多孔碳纳米纤维（Co@PCNFs），作为高效电催化剂。多孔Co@PCNFs具有三维多孔碳网络结构作为快速电子传输通道，赋予了材料高比表面积。经碳化处理后，中心金属Co原子将在PCNFs中转化为具有高效催化作用的金属纳米颗粒。碳化产物仍然继承了ZIF-67前体的纳米尺寸（40-50nm），这更有利于暴露出更多的活性位点。这些优点使所制备的电催化剂表现出优异的氧还原反应（ORR）性能（起始电位为0.91V vs.RHE，半波电位为0.857V vs.RHE），非常接近于商用Pt/C。更重要的是，所获得的Co@PCNFs催化剂在碱性条件下表现出优于商用Pt/C的电化学稳定性和耐甲醇性。总体而言，这项工作将为未来的高性能锌空气电池和燃料电池等诸多领域开辟新的选择。

图1.Co@PCNFs催化剂的合成示意图。

图2.（a）在无水乙醇中合成的ZIF-67的XRD。（b）以无水乙醇为溶剂合成的ZIF-67的SEM图像。（c）PCNFs的SEM图像。（d）预氧化后ZIF-67掺杂纺丝纤维的SEM图像。（e）碳化后ZIF-67掺杂纺丝纤维的SEM图像。（f）Co@PCNFs的TEM图像。

图3.（a）PCNFs和Co@PCNFs的XRD图谱。（b）PCNFs和Co@PCNFs的拉曼光谱。（c）PCNFs和Co@PCNFs的FT-IR光谱图。（d）不同掺杂比例的Co@PCNFs的TG分析。

图4.（a）Co@PCNFs-35%的XPS全光谱，以及Co@PCNFs-35%的C1s（b）、N1s（c）、O1s（d）、F1s（e）和Co2p（f）的高分辨率XPS光谱。

图5.（a）Co@PCNFs和Pt/C电极在N2和O2饱和的0.1M KOH中的CV曲线。（b）PCNFs、Co@PCNFs和Pt/C电极在O2饱和的0.1M KOH中以10mV/s的扫描速率和1600rpm的转速获取的LSV曲线。（c）Co@PCNFs在O2饱和的0.1M KOH中以400至2025rpm的不同转速获取的LSV曲线。插图为不同电位下的K-L图。（d）与不同催化剂的LSV曲线相对应的Tafel图。（e）Co@PCNFs和Pt/C的总氧还原产物的RRDE伏安图。（f）Co@PCNFs和Pt/C的过氧化物产率和计算的电子转移数。（g）Co@PCNFs和Pt/C在0.1M KOH下的甲醇稳定性试验。（h）Co@PCNFs在O2饱和的0.1M KOH中循环20000s之前和之后的LSV曲线。（i）Co@PCNFs催化ORR的机制。