原子分散氮配位铁催化剂(Fe-NCs)在氧还原反应(ORR)中具有替代铂族金属(PGM)催化剂的潜力。然而，在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的实际应用背景下，Fe-NCS的膜电极组件(MEA)性能仍然不尽如人意。其中，通过缺陷工程对Fe-NC催化剂的局部环境进行调节，从而实现了MEA性能的改善。

近日，韩国科学技术院Jinwoo Lee，韩国国民大学Segeun Jang，西江大学Seoin Back利用分子筛咪唑骨架(ZIF)衍生的氮掺杂碳和额外的CO₂活化来构建具有可控缺陷数的原子分散的铁中心。

文章要点

1）具有最佳缺陷位数目的Fe-NC物种在0.5M的H₂SO₄中表现出优异的ORR性能，其半波电位高达0.83V。缺陷数目的变化允许通过改变Fe d-轨道的贡献来微调反应中间结合能，从而优化ORR活性。

2）基于缺陷设计的Fe-NC催化剂制备的催化剂在H₂/O₂燃料电池中的峰值功率密度为1.1W cm⁻²，在H₂/空气燃料电池中的峰值功率密度为0.67 W cm⁻²，使其成为质子交换膜水平上最具活性的原子分散催化剂材料之一。

参考文献

Seung Yeop Yi, et al, Insight into Defect Engineering of Atomically Dispersed Iron Electrocatalysts for High-Performance Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202302666.

https://doi.org/10.1002/adma.202302666.