鐵-氮-碳高效氧還原催化劑研究獲進展

據Material Views網站報道：燃ran料liao電dian池chi與yu金jin屬shu空kong氣qi電dian池chi兩liang項xiang技ji術shu擁yong有you無wu廢fei氣qi排pai放fang與yu能neng量liang密mi度du高gao的de優you點dian，可ke為wei新xin能neng源yuan汽qi車che提ti供gong長chang距ju離li行xing駛shi所suo需xu動dong力li，對dui於yu減jian少shao碳tan排pai放fang和he構gou建jian清qing潔jie能neng源yuan社she會hui有you著zhe極ji為wei重zhong要yao的de意yi義yi。而er發fa展zhan廉lian價jia高gao效xiao的de陰yin極ji氧yang還hai原yuan催cui化hua劑ji則ze是shi上shang述shu兩liang項xiang技ji術shu能neng否fou實shi現xian大da規gui模mo實shi際ji應ying用yong的de關guan鍵jian所suo在zai。近jin年nian來lai，金jin屬shu-氮-碳類複合材料催化劑被學界認為是最有希望的貴金屬催化劑替代品並得到廣泛關注。然而傳統的金屬-氮-碳類催化劑的製備通常采用對金屬
、氮
、碳三種前驅體混合物的高溫煆燒
，使得產物中化學相十分複雜並且難以控製產物的形貌與結構。理想的異相催化劑要求具有高比表麵積、豐富的電化學催化活性位點和適合反應分子運輸的孔道尺寸等特點。因此開發能夠準確控製複合材料形貌、孔道結構與活性中心的合成方法對於金屬-氮-碳類催化劑的發展有著重要的意義。

針對這一問題，近期加州大學洛杉磯分校盧雲峰教授團隊提出利用反應活性極高的單原子鐵源（五羰基鐵）對預先合成的介孔氮摻雜納米碳球（NMC）進行後修飾，從而可控地製備鐵-氮-碳催化劑的新型合成方法。在該合成過程中，NMC的表麵被Fe(CO)5分子浸潤
，隨後碳骨架中的氮原子通過路易斯酸堿反應取代羰基從而結合單分散鐵原子形成鐵氮配位的Fe-Nx活性中心
，並可引入作為輔助活性中心的Fe-Ox/Fe核he殼ke結jie構gou納na米mi顆ke粒li的de均jun勻yun生sheng長chang。與yu傳chuan統tong的de依yi賴lai混hun合he煆duan燒shao的de一yi步bu法fa黑hei箱xiang合he成cheng方fang法fa相xiang比bi，這zhe種zhong新xin的de合he成cheng方fang法fa可ke以yi準zhun確que控kong製zhi材cai料liao的de孔kong道dao結jie構gou與yu比bi表biao麵mian積ji
，並bing通tong過guo後hou修xiu飾shi在zai碳tan骨gu架jia表biao麵mian均jun勻yun可ke控kong地di生sheng長chang理li想xiang的de活huo性xing中zhong心xin，分fen解jie了le催cui化hua劑ji的de合he成cheng過guo程cheng從cong而er使shi得de對dui催cui化hua劑ji的de活huo性xing中zhong心xin構gou建jian和he活huo性xing表biao麵mian積ji/孔道結構進行同時優化變為可能。所合成的Fe/NMC催化劑具有高比表麵積（843 m2g-1）和均一的孔道尺寸（10-20 nm）, 並在堿性電解液中表現出與Pt/Ccuihuajixiangdangdeyanghaiyuancuihuahuoxing，tongshijuyouyouyidexunhuanwendingxingyulianghaodejiachunnaishouxing。cailiaohechengkekongxingdetishengyeyouzhuyufenxicuihuajihuoxingweidianhelejiegaoxingnengcuihuajideguanjianyinsu。

該方法不僅製備得到高性能的鐵-氮-碳氧還原催化劑

，同時也被成功的應用於製備其它金屬-氮-碳類複合材料，並為其它表麵功能化材料的合成提供了新思路。

本工作發表在Advanced Energy Materials （DOI: 10.1002/aenm.201701154），第一作者為加州大學洛杉磯分校化工係博士生劉壯
，共同通訊作者為盧雲峰教授和吳浩斌博士。