静电纺聚丙烯腈碳化衍生的氮掺杂碳纤维作为高效的无金属析氢反应电催化剂

DOI：10.1016/j.ijhydene.2019.11.204

开发持久高效的析氢反应（HER）电催化剂，对推动水解离技术的商业化具有重要意义。在这项工作中，作者报告了一种由电纺聚丙烯腈(PAN)膜在800℃ (NCFs-800)下碳化而得到的氮掺杂碳纤维，作为在酸性和碱性介质中用于HER催化的高效、稳定的无金属电催化剂。由于电催化剂中的均相氮掺杂，与RHE 相比，NCFs-800只需要114.3 mV和198.6 mV就可以分别在0.5 M H₂SO₄和1 M KOH电解质中达到10 mA cm^-2的电流密度。此外，在2000个电位循环后，HER活性得到了很好的维持，这表明NCFs-800由于具有高耐腐蚀性的纤维状结构，在酸性和碱性条件下均具有很高的耐久性。本研究提供了合成稳定、高效的无金属电催化剂的新策略，该策略可扩展到其他杂原子掺杂的碳电催化剂。

图1.NCFs-700（a）、NCFs-800（b）和NCFs-900（c）的SEM图像。NCFs-800的TEM（d），HR-TEM（e），HAADF-STEM（f）图像和相对EDS映射。

图2.（a）NCFs-700、NCFs-800和NCFs-900的XRD图。NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的去卷积N1s峰。

图3.在0.5 M H₂SO₄电解液中测试的NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的HER性能（a）、ECSA（b）、电化学阻抗谱（c）和Tafel斜率（d）。NCFs-800在0.5 M H₂SO₄电解液中的HER曲线（e）和ECSAs（f）。

图4.在1 M KOH电解质中测试的NCFs-700（b）、NCFs-800（c）和NCFs-900（d）的HER性能（a）、ECSA（b）、电化学阻抗谱（c）和Tafel斜率（d）。NCFs-800在1 M KOH电解液中的HER曲线（e）和ECSAs（f）。

图5.耐久性测试后，NCFs-800的TEM（a）、HR-TEM（b）、HAADF-STEM图像和相对EDS映射。