同时提高M-N-C催化剂单原子活性位点的活性和稳定性至关重要，但目前仍然是一个巨大的挑战。

近日，北京航空航天大学水江澜教授在二维多孔碳上成功合成了一种N-锚定的Fe ACs和卫星Fe-N₄位点（Fe_SA/Fe_AC−2DNPC），作为一种高效、稳定的酸性条件下的ORR电催化剂。

文章要点

1）利用冰/二氧化硅双模板剂，将N掺杂的碳量子点（CDs）与TPI （Fe(II)-邻菲咯啉配合物）的混合物裂解，合成了Fe_SA/Fe_AC−2DNPC。Fe团簇的引入是基于利用热处理过程中对金属具有中等配位强度的质子化N掺杂碳衬底，从而实现FeSA和团簇在衬底上的均匀分散。

2）实验和理论证明，Fe团簇可以通过引入一个OH配体来降低ORR能垒，从而提高卫星Fe-N₄位点的活性。研究人员用分子动力学(MD)模拟方法预测了Fe-N_x在不同操作温度下的稳定性。

3）研究人员揭示了Fe团簇的钉扎效应，通过Fe团簇和SA的非相干振动，缩短了卫星Fe-N₄的Fe-N键的幅度。这样，Fe-N₄的脱金属量减少了60%。在质子交换膜燃料电池中，Fe_SA/Fe_AC−2DNPC表现出超高的质量活性和良好的长期稳定性和耐久性，优于传统的Fe-N-C单原子催化剂。

这些结果表明，单原子与团簇的强耦合是提高单原子活性中心本征活性和稳定性的有效策略。

参考文献

Wan, X., Liu, Q., Liu, J. et al. Iron atom–cluster interactions increase activity and improve durability in Fe–N–C fuel cells. Nat Commun 13, 2963 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-30702-z

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30702-z