具有原子分散的Fe单原子的Fe−N−C是催化燃料电池氧还原反应（ORR）中最有希望替代铂催化剂的候选电催化剂。然而，传统的合成方法需要大量的溶剂和金属前驱体，吸附过程缓慢，洗涤繁琐，导致金属掺杂有限，不适合大规模生产。
近日，香港科技大学邵敏华教授，美国阿贡国家实验室Khalil Amine，Gui-Liang Xu报道了以Fe2O3固相前驱体为原料，成功制备了Fe−N−C电催化剂。
文章要点
1）X-射线衍射分析表明，Fe−Fe键完全转变为Fe−N键和Fe−O键。一个Fe原子在平面上与4个N原子配位，在轴向与1个O原子配位。进一步的原位HEXRD测试证实了ZIF-8载体与固相Fe2O3之间的协同作用。
2）实验结果显示，所制备的具有掺杂3.5 wt% Fe的Fe−N−C催化剂在酸性溶液中的半波电位为0.82 V，在碱性溶液中的半波电位为0.90 V。基于优化的Fe−N−C催化剂阴极的质子交换膜燃料电池的峰值功率密度达到了0.84 W cm−2。
这项工作表明了利用用简单的固相转化法来合成Me−N−C催化剂的可行性。其研究结果对规模化合成单原子基催化剂具有重要意义。
参考文献
Fei Xiao, et al, Solid-State Synthesis of Highly Dispersed Nitrogen-Coordinated Single Iron Atom Electrocatalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00702
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00702
