铁和氮掺杂碳（Fe-N-C）材料是替代铂催化剂用于燃料电池氧还原反应（ORR）的主要候选材料，但其活性中心结构仍知之甚少。目前一个主流假设是，含铁的活性中心主要存在于吡啶的Fe-N4配位环境中，然而，分子模型催化剂通常以吡咯配位为特征。

近日，美国麻省理工学院Yogesh Surendranath报道了一个分子吡啶型六氮杂环磷大环（phen₂N₂)Fe，并将其与典型的Fe-N-C材料和典型的吡咯铁大环进行了光谱学、电化学和催化性能的比较。

文章要点

1）研究发现，(phen₂N₂)Fe的N 1S XPS和XAS特征与Fe-N-C非常相似。电化学研究表明(phen₂N₂)Fe具有较高的Fe(III/II)电位，相关ORR起始电位在Fe-N-C的150 mV范围内。

2）与吡咯大环不同的是，(phen₂N₂)Fe对四电子ORR表现出很好的选择性，可与Fe-N-C材料相媲美。聚集光谱和电化学数据表明，相对于吡咯铁大环，(phen₂N₂)Fe是Fe-N-C活性中心更有效的模型，从而建立了一个新的分子平台，有助于理解这类重要的催化材料。

Marshall-Roth, T., Libretto, N.J., Wrobel, A.T. et al. A pyridinic Fe-N4 macrocycle models the active sites in Fe/N-doped carbon electrocatalysts. Nat Commun 11, 5283 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18969-6

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18969-6