刘宏团队︱静电纺衍生功能碳基材料用于能量转换与存储

一、 研究背景：

化石燃料的过度开采造成的能源和环境问题，严重危害人类的生存和发展。建设高效的能源转换和储存系统，最大限度地利用可再生能源，对减少环境危害具有重要意义。碳纤维材料由于其优异的电导率和良好的柔韧性以及在电催化和储能方面的高催化活性显示出相当大的优势。静电纺丝作为一种简单、低成本的技术，可以用来制备各种各样的碳基纳米纤维并用于能源转换和存储。

文章简介：

近日，济南大学刘宏团队对近几年静电纺衍生功能碳材料用于能量转换和存储的研究内容进行了综述。相应综述以“Electospinning-derived functional carbon-based materials for energy conversion and storage”为题发表在期刊Chinese Chemical Letters，济南大学硕士研究生任新宇为第一作者，刘宏教授，王金刚教授、余加源教授为共同通讯作者。文章系统总结了静电纺丝技术的发展历程以及基本原理，讨论了静电纺丝衍生材料的合成策略，展示了静电纺丝衍生材料在能量转化与存储方面的研究进展，并讨论了该领域面临的挑战和未来的发展方向。

二、 研究内容：

1、 静电纺丝技术

主要介绍了静电纺丝技术的发展历程，基本设备，基本原理和静电纺衍生功能碳基材料的合成策略，以及总结了静电纺丝衍生材料用与能量转化与存储的适用性。

2、静电纺衍生材料用于能量转换

1.氮还原

主要介绍了目前解决N₂还原为氨的效率问题的研究进展。非金属电催化剂可以有效提高NRR的FE和产率。

2.二氧化碳还原

利用电化学技术可以有效缓解CO₂过量问题。设计多孔的单原子材料一方面增加二氧化碳的吸附量，一方面提高原子利用率，可以有效提高CO₂RR的效率，并且根据活性位点的不同选择性获得产物。

3.氧还原

在燃料电池中，氧还原是一个重要的半反应。开发低成本催化剂用于提高ORR效率是非常有前景的。过渡金属催化剂和无金属催化剂展现了很大的潜力。

4.析氢反应

氢是一种具有很大应用前景的清洁能源。开发析氢反应电催化剂是一个安全简单的氢合成策略。单原子催化剂具有稿原子利用率的特点，展现了高效的催化能力。

5.析氧反应

OER自身的缓慢动力学阻碍了其发展的应用。基于静电纺丝制备的催化剂展现了高效的OER催化性能。

6.水裂解

利用静电纺丝合成高熵合金材料用于催化电解水，可以同时促进产氢产氧，为电催化剂的制备提供了新思路。

3、静电纺衍生材料用于能量存储

1．超级电容器

根据机理的不同，电容器可分为赝电容和双电层。静电纺丝技术可以制备不同材料用于提高这两种电容器的存储能力。

2．电池

提高电池效率可以通过设计高效的电极材料来实现。通过静电纺丝可以设计稳定高效的电极材料用于钠离子电池和锂离子电池。静电纺丝技术为设计柔性电极提供了新方法。

三、 结论与展望：

本文总结目前利用基于静电纺丝技术制备的材料用于能量转化与存储的研究。虽然，静电纺丝技术在量产等方面还存在一定问题，但其发展是光明的。

致谢：

感谢山东省自然科学基金项目(ZR2022QE076)和国家自然科学基金项目(52202092)项目的资助。

Authors: Xinyu Ren^a, Hong Liu^a,b,*, Jingang Wang^a,*Jiayuan Yu^a,*

（通讯作者标记*，共一作者标记†）

Title: Electrospinning-derived Functional Carbon-based Materials for Energy and Storage

Published in: Chinese Chemical Letters, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.109282.