对于深海极端环境的研究来说，持续的能源供应至关重要，而自给式能源转换装置是用于深海探索的理想选择。溶解氧海水电池（SWBs）通过利用溶解氧来发电，是一种极有前途的候选电池，但深海中的超低氧浓度限制了SWBs的反应动力学。
近日，天津大学杨全红教授，Guowei Ling，Chen Zhang报道了采用一步微波辅助法制备了一种石墨烯/碳纳米管上N配位的Fe单原子复合电催化剂（记为Fe-N-G/CNTs），该催化剂具有高性能，特别是用于具有低氧浓度海水的SWBs中，而Pt/C催化剂则表现出很低的ORR响应。
文章要点
1）DFT计算和实验结果显示，Fe-N-G/CNTs高的亲氧性是由于G/CNT界面上的双吸附位点，而电荷分离则实现了具有高活性的Fe-N4催化位点。
2）得益于高亲氧性和高催化活性的结合，Fe-N-G/CNTs在贫氧的海水中具有出色的ORR催化活性和稳定性，即使在0.4 mg L-1的超低氧含量下，Fe-N-G/CNTs仍具有著的ORR特征响应，而Pt/C催化剂则几乎没有ORR响应。
3）研究人员将Fe-N-G/CNTs作为阴极构建了一种原型SWB，并在不同温度和氧含量下对其进行测试，以研究其在实际应用中的性能。结果显示，在极低氧浓度下，基于Fe-N-G/CNTs的SWB的峰值功率密度达到80 mW cm−2左右，并在10 mA cm−2电流密度下稳定在11.8 mW cm−2左右。此外，其在南海天然海水中可以实现超过10万秒的稳定供电，从而突出了Fe-N-G/CNTs催化剂用于应用在极端环境的高性能SWB的巨大潜力。
参考文献
Rongwei Meng, et al, An Oxygenophilic Atomic Dispersed Fe-N-G Catalyst for Lean-Oxygen Seawater Batteries, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202100683
https://doi.org/10.1002/aenm.202100683
