目前，铂基催化剂被认为是最有效的ORR催化剂。但具有成本高、稳定性差、Pt溶解等缺点。因此，从长远来看，开发低成本、高效率、耐用的ORR催化剂，对于促进金属空气电池和燃料电池在各个行业的商业应用至关重要。目前，各种非贵金属催化剂被广泛研究用于ORR，如无金属杂原子掺杂碳材料、碳化物、氮化物、过渡金属氧化物、过渡金属氮掺杂碳(M−N/C)催化剂。其中，Fe-N/C材料催化剂被认为是最有前途的替代工业铂基催化剂之一。除了控制组成外，碳载体材料的比表面积和结构也对显示ORR活性材料的优异催化性能具有重要意义。具体来说，较大的比表面积可以暴露电解质中更多的催化剂活性位点；分级多孔结构有助于催化剂与电解质充分接触，促进反应物、中间体和产物的质量运输。然而，由于不确定的传输路径，无序、不连通的孔隙结构对物质的快速传递存在一定的阻碍。因此，寻找一种制备具有互联、定向和层次化多孔结构载体的催化剂的简单方法成为优化催化剂性能的关键。近日，燕山大学臧建兵教授等人提出了一种利用氯化钙溶液诱导明胶交联并作为定向孔模板制备Fe-N掺杂定向层状多孔碳的新策略。而且，通过加入氯化钠溶液可以控制微形貌和排列孔的长度。所制备的催化剂具有比表面积大、Fe-Nx活性位点(Fe-NHHPC-900)分布均匀的近距离定向蜂窝状分级多孔结构。值得注意的是，Fe-NHHPC-900除了在碱性电解质中具有良好的耐久性外，还表现出非常优异的ORR性能，其半波电位为0.86 V，优于商业级Pt/C催化剂。作为超级电容器的电极材料，Fe-NHHPC-900还具有高的比电容、优异的速率性能和优异的稳定性。这一工作也证明了独特的定向多孔结构可以提高超级电容器的性能和有效地优化催化剂活性。

Pengfei Tian; Yanhui Wang; Wei Li; Shiwei Song; Shuyu Zhou; Hongwei Gao; Hanqing Xu; Xueqing Tian; Jianbing Zang. A salt induced gelatin crosslinking strategy to prepare Fe-N doped aligned porous carbon for efficient oxygen reduction reaction catalysts and high-performance supercapacitors. Journal of Catalysis, 2019.

DOI: 10.1016/j.jcat.2019.12.011

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.12.011