燃料电池中高成本的铂族金属催化剂可以被地球上丰富的过渡金属基催化剂所取代，即 Fe-N-C 催化剂，它被认为是最有前途的替代品之一。然而，Fe-N-C 催化剂的性能受到催化活性低和稳定性差的影响，这是由于活性位点不足和缺乏对传质三相界面的优化造成的。

有鉴于此，南京工业大学吴宇平教授、江苏大学Xiaohua Yang、华侨大学杨晓冬、西安交通大学唐伟教授等人，提出了一种由单分散的分级介孔碳球核和单分散的铁原子功能壳组成的新型 Fe-N-C 催化剂(Fe-mPDA@HPCS)。

本文要点

1）采用牺牲模板法合成单分散的分级介孔碳球核，通过蚀刻牺牲SiO₂模板得到类似海胆的介孔表面。通过使用低温和高浓度氧化剂聚合策略制备单Fe原子分散的富N功能壳。

2）该新型单原子配位催化剂Fe-mPDA@HPCS具有设计良好的多孔结构、超高的比表面积（1482 m²g^-1）和粒径均匀的催化剂颗粒(HPCS)。高度分散的Fe活性位点与有序的多孔结构之间的协同作用，实现了高ORR活性与高传质性能的结合。

3）催化剂在0.1 M H₂SO₄中的半波电位为0.82 V（vs RHE），在H₂-O₂燃料电池中的峰值功率密度达到812 mW cm^-2。此外，它在直接甲醇燃料电池中产生高达 162 mW·cm-2 的功率密度，显示出优异的甲醇耐受性。

参考文献：

Chengyong Shu et al. Hierarchically mesoporous carbon spheres coated with a single atomic Fe–N–C layer for balancing activity and mass transfer in fuel cells. Carbon Energy, 2021.

DOI: 10.1002/cey2.136

https://doi.org/10.1002/cey2.136