催化活性位點的密度、催化反應TOF是決定Fe-N-C催化劑的ORR活性的兩個基本標志。但是,如何在單個Fe-N-C催化劑中同時優化這活性位點密度和TOF仍然是一個巨大的挑戰。
有鑒于此,湖南大學費慧龍教授等通過一步化學氣相沉積工藝用碘銨(NH4I)蒸氣處理常見Fe-N-C催化劑,不僅通過原位生成的NH3的刻蝕作用增加催化劑的表面積和孔隙率(從而增加活性位點的暴露),而且通過摻入碳基質中的碘摻雜劑調節Fe-N4的電子結構。
本文要點:
(1)
通過原位亞硝酸鹽標定(in-situ nitrite stripping)技術測定,NH4I處理的Fe-N-C催化劑實現了2.15×1019個位點g-1的位點密度(與未處理的催化劑增強2倍)、3.71個電子位點-1 s-1的TOF(TOF比未處理催化劑增強3倍)方面都具有很高的值,以及12.78 A g-1的質量活性。
(2)
此外,催化劑在堿性體系具有優異的ORR性能,半波電位(E1/2)為0.924 V,在酸性體系表現出可接受的活性,半波電位E1/2=0.795 V,在鋅空氣電池中取得249.1 mW cm-2的優異功率密度。
參考文獻
Jianbin Liu, Yao Liu, Bing Nan, Dashuai Wang, Christopher Allen, Zhichao Gong, Guanchao He, Kaixing Fu, Gonglan Ye, Huilong Fei, A Two-in-One Strategy to Simultaneously Boost the Site Density and Turnover Frequency of Fe?N?C Oxygen Reduction Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202425196
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202425196