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Fe-N-C材料是具有前景的催化劑，替代價格昂貴的Pt催化劑用于可再生能源轉化ORR反應。但是，Fe-N-C材料的應用受制于緩慢的ORR反應動力學，導致高反應過電勢，而且阻礙能源轉化效率。

有鑒于此，香港城市大學葉汝全副教授、加州理工學院William A. Goddard III教授等以鐵酞菁（FePc）作為模型催化劑，研究局部應力增強Fe-N-C催化劑的ORR性能。

本文要點：

（1）

通過DFT理論計算預測4e^- ORR生成H₂O的反應機理，發現彎曲、平面FePc催化劑的不同反應機理之間的關鍵區別，發現分子應力能夠降低~60 meV的能壘，加快*OH脫附反應動力學。

（2）

基于理論預測的結果，作者發現在單壁碳納米管表面的應力FePc催化劑具有0.952的半波電位（E_1/2）和35.7 mV dec^-1的Tafel斜率，這個性能達到目前報道最好的Fe-N-C催化劑的水平。此外，這項研究發現平面FePc和彎曲FePc的E_1/2電位相差70 mV，而且具有顯著的Tafel斜率區別。構筑Zn-空氣電池，在電流密度為10 mA cm^-2，最大功率密度達到350.6 mW cm^-2，質量活性達到810 mAh g_Zn^-1。

這項研究結果表明分子應力（molecular strain）為調節Fe-N-C材料的ORR催化活性提供一種有效的途徑。

參考文獻

Charles B. Musgrave III, Jianjun Su, Pei Xiong, Yun Song, Libei Huang, Yong Liu, Geng Li, Qiang Zhang, Yinger Xin, Molly Meng-Jung Li, Ryan Tsz Kin Kwok, Jacky W. Y. Lam, Ben Zhong Tang, William A. Goddard III*, and Ruquan Ye*, Molecular Strain Accelerates Electron Transfer for Enhanced Oxygen Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c16637

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16637