基于Fe-N_x位点的催化剂对氧还原反应（ORR）具有良好的催化活性。虽然均相的Fe-N₄大环分子和非均相的Fe-N掺杂碳材料已经得到了广泛研究，但尚无系统的策略来调整基于Fe-N的催化位点的ORR能量学和活性。

近日，麻省理工学院邵阳教授，Yuriy Román-Leshkov发现，碳负载的Fe-酞菁基催化剂（FePPc/C）可以通过吸电子/给电子取代基功能化，从而调节Fe中心的电子结构和ORR催化活性。

文章要点

1）以硫酸处理的乙炔黑为原料，由FeSO₄、邻苯三甲酸二亚胺和尿素聚合合成FePPc/C。通过用不同官能团的末端邻苯二胺(-R)部分取代桥接的邻苯二胺，得到了-R锚定在聚合物边缘的功能化的Fe-酞菁基催化剂（FePPc-R/C）。

2）值得注意的是，FePPc-R/C中Fe中心的Fe^2+/3+氧化还原电势通过不同的官能团移动了0.35 V，氧化还原电势的增加与官能团的Hammett常数（即更强的吸电子）有关。此外，FePPc-R/C在0.1 M HClO₄中的比ORR活性和质量ORR活性均随吸电子官能团的增加而提高20倍以上，Fe^2+/3+氧化还原电位与ORR活性呈线性关系，其中二羧基功能化的FePPc-(COOH)₂/C具有最高的ORR活性。

参考文献

Shuai Yuan, et al, Tuning the Catalytic Activity of Fe-Phthalocyanine-Based Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction by Ligand Functionalization, ACS Catal. 2022

DOI: 10.1021/acscatal.2c00184

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c00184