【摘要】 纤维材料由于其高表面积、可控的化学成分和丰富的复合形式等结构特征，在电催化应用中很有前途。

纤维材料由于其高表面积、可控的化学成分和丰富的复合形式等结构特征，在电催化应用中很有前途。在过去的十年里，人们致力于构建具有导电网络（促进有效的电子传输）和大比表面积（支持大量催化活性位点）的先进纤维材料，以提高电催化性能。

我们综述了纤维材料在电催化应用中的最新进展。总结了纤维材料的独特特性，并重点介绍了优化电催化活性的各种设计策略。通过组织和比较不同纤维基电催化剂的电化学性能，综述了它们在HER、OER、ORR、CO2RR和NRR等五种代表性电催化反应中的应用。尽管目前纤维基电催化剂的研究结果令人鼓舞，但在实际应用之前，仍需解决以下问题。

提高活性物质的本征活性将提高纤维催化剂的催化效率。在过去的几十年里，通过在催化活性材料中设计电子结构（例如缺陷工程、元素掺杂和异质结的构建），纤维基电催化剂的催化性能得到了显著增强。尽管已经进行了一些研究来揭示键合构型与催化活性之间的相关性，但催化剂的化学性质和实际反应机理仍不清楚。未来的研究应集中于精确控制掺杂剂的含量、位置和分布，以便对掺杂诱导的电荷转移和相关的电化学性质变化有基本的了解。此外，许多用于活性成分的结构修饰方法，如颗粒尺寸减小、分级多孔结构构建和晶体结构优化，可以与电子工程相结合，以提高活性物质的内在活性。

纤维基质的结构工程允许锚定更多的反应位点。尽管纤维材料具有相对较高的比表面积，但简单地静电纺丝有机前体和活性物质的混合物可能导致活性位点的暴露不足。通过静电纺丝构建3D多孔分级纤维结构有助于最大限度地利用活性物质，并通过提供方便的电子扩散途径和促进有效的质量传输，在提高催化性能方面发挥着至关重要的作用。然而，分级结构中的活性物种目前仅限于单个原子等特定组成，将其扩展到其他系统至关重要。对于活性材料通过后处理在纤维表面的负载，纤维基质的高比表面积是负载更多活性位点的前提，合理平衡负载量和比表面积以实现高比活性和质量活性具有重要意义。

由于传统的电极制造导致催化剂和集电器之间的电子传递较差，因此必须将不含添加剂的纤维催化剂构造为直接用作独立电极，以提高催化活性和耐久性。目前，纤维载体表面改性的处理方法主要有溶剂热法、电沉积法和化学处理法。然而，所有这些技术都存在活性成分难以均匀分布的问题。开发一种易于合成的方法来均匀负载活性材料并增强它们与纤维载体的相互作用，有助于优化表面的电子结构，从而提高催化活性[1]。

[1] Zhang, F., Chen, J. & Yang, J. Fiber Materials for Electrocatalysis Applications. Adv. Fiber Mater. 4, 720–735 (2022).

 

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