電化學氧還原反應在燃料電池, 金屬-空氣電池等領域有著關鍵作用. 尋找高活性, 高性價比, 高利用率同時具有長壽命的非貴金屬ORR催化劑, 以替代貴金屬Pt催化劑, 是該領域的熱點研究方向. 雖然非貴金屬單原子催化劑具有高原子利用率, 高活性和選擇性, 但其在合成或催化過程中容易聚集從而失去活性, 通過簡單方法獲得穩定分散的單原子催化劑是急需克服的難題.
近日, 中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室曹榮, 黃遠標團隊利用嗪基卟啉鐵作為單體, 成功通過離子熱法, 一步合成獲得了固載在多孔卟啉基共價三嗪框架材料上的單原子Fe-N4催化劑. 在球差電鏡下, 未在該單原子催化劑中觀察到鐵納米顆粒, Fe原子呈現原子級別分布; 擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)表明, 每個鐵原子周圍配位四個氮原子形成穩定的Fe-N4結構. 因此, 該單原子催化劑在酸, 堿性條件下ORR活性優於市售鉑碳催化劑 (20%Pt/C) , 同時具有更高穩定性和更好抗甲醇中毒能力. 該研究為設計合成高效的單原子非貴金屬催化劑提供了新思路, 為發展新高效電催化劑提供了重要參考.
相關研究成果發表在ACS Energy Letters上. 該研究得到了國家重點研發計劃, 國家自然科學基金委, 中科院戰略性先導科技專項, 中科院前沿科學重點研究項目等的資助.
