虽然氢基质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是零碳排放的清洁能源系统。然而，阴极催化剂层上缓慢的氧还原反应(ORR)动力学是其低成本商业化的一个主要障碍。迄今为止，尽管Pt族金属基催化剂被认为性能最佳的ORR电催化剂，但其作为阴极催化剂的未来应用受到稀缺性和高成本的限制，这意味着迫切需要替代的具有经济效益的阴极催化剂。在开发非贵金属电催化剂的大量研究中，过渡金属基金属-N4（MN4）大环化合物自1964年Jasinski首次报道钴酞菁基电催化剂以来，已成为一种很有前途的非Pt族金属电催化剂。

近日，台湾大学Li-Chyong Chen，Kuei-Hsien Chen，印度科学与工业研究理事会（CSIR）的Satyanarayana Samireddi报道了成功合成了含氧还原反应（ORR）活性非贵金属Co和Fe与咔咯-N4中心（PhFCC）的异双金属咔咯配合物，并通过随后的低温热解制备了双原子分子催化剂（DAMC）。

文章要点

1）该低温热解电催化剂在酸性和碱性条件下的起始电位分别为0.86和0.94 V，半波电位分别为0.75和0.85 V，表现出令人印象深刻的ORR性能。此外，在电位循环过程中，经3000次循环后，该DAMC在酸性和碱性条件下的半波电位损失分别仅为25 mV和5 mV，表现出良好的稳定性。此外，以该DAMC为阴极催化剂的单电池Nafion基质子交换膜燃料电池的最大功率密度达到了225 mW cm⁻²，与大多数金属-N₄大环基催化剂的功率密度相近。

2）研究发现，保留结构精准的CoN₄结构和共催化的Fe-C_x位点协同起到双重ORR活性中心的作用，从而提高整体ORR性能。

利用低温热解技术从CoN₄大环异双金属体系开发DAMC也有利于实际应用。

参考文献

Synergistic Dual-Atom Molecular Catalyst Derived from Low-T emperature Pyrolyzed Heterobimetallic Macrocycle-N₄ Corrole Complex for Oxygen Reduction Satyanarayana Samireddi, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202103823

https://doi.org/10.1002/smll.202103823