具有FeN_x原子活性位点的Fe单原子催化剂（Fe SACs）是用于氧还原反应（ORR）Pt基催化剂的非常有前途的替代催化剂。金属有机骨架的热解是制备Fe SACs的一种常用方法，迄今为止，所报道的大部分MOF衍生的催化剂是微孔的，因此存在传质差和高比例催化不可及FeN_x活性位点的问题。

近日，中科院理化技术研究所张铁锐研究员，Lu Shang报道了一种具有介孔笼状结构的多孔材料NH₂-MIL-101(Al)，作为前驱体在不同的热解温度下制备了一系列具有明确介孔结构的氮掺杂的碳载体（NC-MIL101-T）。在酸蚀去除Al后，Fe(II)-邻菲罗啉络合物（Fe(phen)₃²⁺）均匀地吸附在NC-MIL101-T载体的内外表面。在冷冻干燥和在800 ℃的第二热解步骤之后，获得了Fe SAC-MIL101-T催化剂。

文章要点

1）得益于FeN_x活性位点的高度分散性和丰富的介孔便于传质，Fe SAC-MIL101-T催化剂中FeN_x位点的利用率极高，因此在碱性和酸性溶液中都具有优异的ORR活性。优化后的Fe SAC-MIL101-1000催化剂在0.1 m KOH中的半波电位（E_1/2）为0.94 V，可媲美最先进的Pt族金属（PGM）催化剂，超过了商用Pt/C催化剂和几乎所有先前报道的不含PGM的催化剂。

2）采用FeSAC-MIL101-1000型空气电极催化剂制成的水系锌空气电池，其能量密度达到984.2 Wh kg_Zn⁻¹（达到理论值的91%）。此外，当使用FeSAC-MIL101-1000来组装固态ZAB时，电池具有724.0 mAh kg_Zn⁻¹的高比容量，从而显示出其在可穿戴电子领域的应用潜力。

参考文献

Xiaoying Xie, et al, MIL-101-Derived Mesoporous Carbon Supporting Highly Exposed Fe Single-Atom Sites as Efficient Oxygen Reduction Reaction Catalysts, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202101038

https://doi.org/10.1002/adma.202101038