高活性和耐用的双功能氧电催化剂对于清洁和可再生能源转换设备至关重要，该催化剂可用于改善氧还原/释放反应（ORR/OER）固有的缓慢动力学过程，但地球上缺乏丰富的电催化剂仍然是一个挑战。Fe-N-C催化剂具有许多与生俱来的优点，被认为是贵金属基催化剂的替代品，但由于其稳定性差，催化机理不明，急需进一步改进。近日，华中科技大学韩建涛、南方科技大学黄丽、中科院上海应用物理研究所Zheng Jiang等研究人员，采用一种简单、可扩展的方法，制备了一种原子级Fe-N-C电催化剂，该催化剂与三维碳基体（Fe-SAs/Fe₃C-Fe@NC）中的低结晶Fe₃C-Fe纳米复合材料相耦合。与原子态FeNx物种和结晶Fe₃C-Fe纳米颗粒相比，Fe-SAs/Fe₃C-Fe@NC催化剂在ORR（E_1/2，0.927v）和OER（E_J=10，1.57v）中均表现出高的电催化活性和良好的稳定性，其在碳纳米纤维上具有丰富的垂直支化碳纳米管。这种性能得益于多组分的强协同效应和独特的结构优势。深入的X射线吸收精细结构分析和密度泛函理论计算进一步证明，更多来自改性Fe团簇的额外电荷通过增强氧吸附能决定性地促进原子FeN₄构型的ORR/OER性能。该研究为合理设计和合成经济实用的双功能氧电催化剂提供了新的视角。

Xueping Sun, Peng Wei, Songqi Gu, et al. Atomic‐Level Fe‐N‐C Coupled with Fe3C‐Fe Nanocomposites in Carbon Matrixes as High‐Efficiency Bifunctional Oxygen Catalysts. Small, 2019.

DOI: 10.1002/smll.201906057

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