Fe-N-C电催化剂已被证明是用于氧还原反应（ORR）的最有前途的基准Pt/C的替代催化剂。

近日，中科院上硅所施剑林院士，崔香枝研究员报道了提出了一种界面工程策略，通过乙酸乙酯缓释碳化路线，将2D石墨烯薄片涂覆在中空、层状多孔碳上，形成紧密接触的非共价异质结构，从而构建了一种新型的N掺杂中空层状多孔碳异质结构（简称N-HPC）。

文章要点

1）这种醋酸酯辅助碳化方法可以有效地防止热处理过程中骨架的收缩，同时形成中空的分层多孔结构，使N-HPCs异质结构催化剂具有快速的电子和离子传输途径和大量暴露的催化活性中心。

2）这种N-HPC异质结构有助于N掺杂石墨烯纳米片（N-G NSs）向中空和层状多孔碳（ZIF-8-Cs）的分子间电荷转移，导致4e^- ORR过程的层间电荷密度增加和调节ΔG，从而实现优异的电催化ORR性能。

3）有趣的是，用不同工艺制得的含铁量极少（0-0.08 wt.%）的N-HPCs异质结构催化剂在酸性和碱性介质中也都表现出优异的ORR催化活性和长期稳定性，而Fe位点的贡献很小，分别与商品Pt/C相当，甚至更高。

4）以N-HPC为正极的一次锌-空气电池的功率密度（158 mW cm^-2）明显高于Pt/C电池的功率密度（108 mW cm-2）。此外，令人印象深刻的是，采用N-HPCs阴极的H₂-O₂燃料电池的最大功率密度达到486 mW·cm^-2，高于大多数报道的阴极金属-氮-碳电催化剂。

这项工作为设计和合成金属最小化、碳基、高效、耐用的ORR电催化剂提供了新的思路，有望促进无金属材料在可持续能源转换技术中的商业化应用。

参考文献

Fantao Kong, et al, N-doped carbon electrocatalyst: marked ORR activity in acidic media without the contribution by metal sites?, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202116290

https://doi.org/10.1002/anie.202116290