在质子交换膜燃料电池中部署具有嵌入金属-氮-碳（M-N-C）部分的多孔碳作为无铂族金属（PGM）电催化剂的一个巨大挑战是它们的快速降解和较差的活性。有鉴于此，田纳西大学Yingwen Cheng、美国西北太平洋国家实验室邵玉燕、布鲁克海文国家实验室Qin Wu等报道通过原子Sn-N_x位点来调节Fe-N₄位点的局部环境，实现了同时提高耐久性和活性。

本文要点：

（1）

研究发现，Sn-N_x位点不仅促进形成更稳定的D2-FeN₄C₁₀位点，而且活化产生独特的D3-SnN_x-Fe^IIN₄位点，D3位点的特征是原子分散的桥接Sn-N_x和Fe-N₄。D3位点的稳定性显著改善，因为反应途径从单位点缔合机制转变为双位点解离机制，相邻的Sn位点促进了O-O键在较低的过电位断裂，因此D3位点能够显著改善脱金属的稳定性，氧还原反应（ORR）的TOF提高了数倍。

（2）

这种机制能够避免脱金属不可避免的中间体（两个羟基中间体与一个铁位点结合）介孔Fe/Sn PNC催化剂的ORR半波电位朝正向偏移，产生的过氧化物降低了50%以上。

通过稳定的D3位点和丰富的D2 Fe位点之间的结合，显著提高了催化剂的耐久性。

参考文献

Fan Xia, Bomin Li, Bowen An, Michael J. Zachman, Xiaohong Xie, Yiqi Liu, Shicheng Xu, Sulay Saha, Qin Wu*, Siyuan Gao, Iddrisu B. Abdul Razak, Dennis E. Brown, Vijay Ramani, Rongyue Wang, Tobin J. Marks, Yuyan Shao*, and Yingwen Cheng*, Cooperative Atomically Dispersed Fe–N₄ and Sn–N_x Moieties for Durable and More Active Oxygen Electroreduction in Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c11121

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11121