南京理工大学朱俊武/张文耀&港城大刘彬,最新JACS:氯桥接双铁原子催化剂用于高效稳定的氧还原反应

第一作者：Junjie Cui、Wenyao Zhang

通讯作者：朱俊武、刘彬、张文耀

通讯单位：南京理工大学、香港城市大学

原子分散的铁-氮-碳（Fe-N-C）催化剂在氧还原反应（ORR）中具有巨大的应用潜力，但其在运行条件下的结构不稳定限制了其实际应用。

要点1.本文合成了具有明确的N₃−Fe−Cl−Fe−N₃结构的双铁原子催化剂。由此产生的双铁原子催化剂表现出出色的氧还原反应稳定性，铁元素流失量极低（在20000次加速耐久性循环后为16.4 μg L^-1），并且在160小时的运行中电流保持率为88%。这种催化剂在锌-空气电池中实现了超过1000小时的稳定性能，且过电位增加极小。

要点2.研究表明，桥接的Cl原子诱导电荷重新分布，并降低铁d能带中心，从而调节含氧中间体的吸附和活化。在ORR过程中Fe-O键所获得的电子能量触发了N₃−Fe−Cl−Fe−N₃部分的动态重组，这反过来又强化了结构中的Fe-N和Fe-Cl键，同时减弱了高能的Fe-O作用。这种动态过程能够实现灵活的协调配合，并加快质子化反应速率，突显了双铁中心金属配位的协同效应，从而确保了电化学的稳定性。

图2：Fe₂-NC-850催化剂的合成方法。（a）Fe₂-NC-850的AC-HAADF-STEM图像，其中放大的插图突出显示了原子特征。（b）从区域1、2、3、4提取的强度分布。（c）Fe₂-NC-850和参比样品的k³-加权FT-EXAFS谱;（d）Fe₂-NC-850的EXAFS拟合曲线;（e）Fe₂-NC-850的K边XANES谱;（f）Fe₂-NC-850的k³-加权FT-EXAFS谱; Fe₂-NC-x的加权FT-EXAFS光谱。（g）显示Fe₂-NC-850的合成方法的示意图。

图3：ORR性能。（a）LSV曲线和（b）相应的Tafel图。（c）不同ADT循环后Fe₂-NC-850和Fe1-NC的ΔE_1/2和Fe物质摩尔溶解的变化。（d）Fe₂-NC-850、Fe₁-NC、（e）Fe₂-NC-850与参考催化剂之间的E_1/2值和电流衰减速率的比较。（f）Fe₂-NC-850与商业Pt/C作为空气阴极的恒电流放电曲线。（g）使用Fe₂-NC-850和Pt/C的ZAB的充电-放电循环性能。

参考文献：Junjie Cui, Wenyao Zhang, Yangrui Hou. et al.Geminal Cl-Bridged Dual-Fe-Atom Catalyst for Efficient and Stable Oxygen Reduction Reaction. JACS.(2025).

文献链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c15456

以上内容，如有误读和纰漏，敬请指正