金属-有机骨架（MOF）热解衍生的Fe/N /C催化剂，例如沸石-咪唑骨架8（ZIF-8）是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中最有前途的氧还原反应（ORR）非贵金属催化剂之一。然而，其ORR质量活性仍然远远低于Pt，部分原因是缺乏通用和有效的合成策略。

近日，厦门大学周志有教授，Yucheng Wang报道了一种羧酸盐辅助的通用策略来提高ZIF衍生的Fe/N/C催化剂的ORR质量活性。

文章要点

1）ZIF衍生的Fe/N/C催化剂的制备包括两个步骤：合成前驱体（掺Fe的ZIF-8颗粒）和在Ar气氛下在1000 °C的最佳温度下进行后续热解1 h 。研究人员在热解之前，通过伴随Fedoping工艺的湿法浸渍法将乙酸盐（OAc）（一种典型的羧酸盐）引入ZIF-8前驱体。简而言之，将氯化铁（FeCl₃）和乙酸钾（KOAc）在甲醇溶液中的混合物添加到ZIF-8颗粒的浆液分散液中12 h，在此期间将Fe和OAc离子引入ZIF-8颗粒。洗涤，离心和真空干燥后，收集含有OAc的Fe掺杂的 ZIF-8前驱体（Fe-ZIF8-OAc）。

2）研究发现，羧酸盐增加了ZIF-8前驱体中Fe的掺杂量，导致FeN_x活性中心密度增加，同时碳纳米管（CNTs）缠绕在最终热解Fe/N/C催化剂中。另外，作为孔形成剂，羧酸盐增加了Fe/N/C催化剂的介孔性，并暴露了更多可及的ORR活性位点。

3）实验结果显示，具有上述优点的ZIF衍生的Fe/N/C催化剂的ORR质量活性在各种情况下提高了2-10倍。以优化的Fe/N/C催化剂作为阴极，H₂-O₂ PEMFC在降低了3 mg cm^-2的催化剂负载量的情况下，具有1.33 W cm^-2的前所未有的高峰值功率密度（P_max）。

参考文献

Yuyang Li, et al, A General Carboxylate-Assisted Approach to Boost the ORR Performance of ZIF-Derived Fe/N/C Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202009645

https://doi.org/10.1002/adfm.202009645