活性更高、穩定性更好 新型鐵單原子催化劑問世

近日，科技日報記者從中國科學院生物能源與過程研究所獲悉，該研究所研究員梁漢璞帶領的能源材料與奈米催化研究組通過一種簡單的隔離錨定策略，製備了多孔氮摻雜碳負載的鐵單原子催化劑。相關研究成果發表在《碳》雜誌上。

據悉，因為具有豐富的活性位點和超高的原子利用率，研究人員們對單原子催化劑進行了廣泛的研究。然而，利用現有的原子層沉積、浸漬吸附和光沉積等策略合成的單原子催化劑，存在金屬原子分散性差、金屬與載體之間的相互作用弱等問題，限制了單原子催化劑的氧還原催化性能。

梁漢璞介紹，科研團隊利用D-葡萄糖、葡萄糖酸鋅和組氨酸來分散和錨定鐵原子。首先，通過組氨酸的咪唑基團螯合Fe3+，實現金屬原子的初步錨定。其次，在水熱過程中，含有大量羥基的D-葡萄糖和葡萄糖酸鋅會在高溫高壓環境下與組氨酸中的羧基發生反應，進一步分散金屬原子。最後，通過高溫熱解去除鋅和多餘有機物後，即可獲得具有豐富孔結構的Fe1/NC催化劑。

研究發現，與商業鉑炭(Pt/C)催化劑和大多數報道的鐵單原子催化劑相比，通過該策略製備的Fe1/NC催化劑在鹼性和酸性溶液中均表現出優異的氧還原催化性能，具有較高的活性、較強的甲醇耐受性和良好的穩定性。更重要的是，用Fe1/NC組裝的鋅空氣電池具有較高的功率密度，較大的放電比容量，以及優異的穩定性。此項工作對製備高效、穩定的金屬—空氣電池氧還原催化劑具有重要意義。