水性金屬-空氣液流電池(MAFBs)結合了水性液流電池的安全性和金屬-空氣電池的低成本和高能量的優(yōu)點，被認為是最有前途的候選者之一。然而，這些裝置中涉及的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)的動力學相對緩慢。貴重的Pt和IrO2催化劑目前用于提高反應速率，但其儲量稀少。
原子分散的鐵嵌入碳是一種很有前途的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)的雙功能催化劑，但必須增加其暴露的鐵位點以提高催化活性。基于此，北京化工大學程元徽團隊提出了一種雙空間位阻策略，該策略可使鐵原子在氮摻雜碳中與N(O)原子緊密孤立配位。其中，苯基硼酸可以充當空間障礙物以防止鐵離子在熱解過程中遷移和團聚，從而阻止碳納米管的生長并誘發(fā)更多的缺陷，并作為造孔劑進行傳導以構建中空和多孔結構。制備的PA@Z8-Fe-N-C具有最高的鐵含量(5.49 wt%)。同時，其凹面、中空結構和分層孔隙使鐵位的利用率高達88.5±4.5%，暴露的活性位點密度高達每克具有5.2±0.3×1020個位點，可加快反應物和產(chǎn)物的傳輸。
該催化劑PA@Z8-Fe-N-C在半電池和鋅空氣液流電池中的ORR和OER表現(xiàn)出優(yōu)于商業(yè)Pt/C和IrO2的活性和穩(wěn)定性。這為開發(fā)具有密集暴露活性位點的單原子催化劑提供了一條途徑，用于實際能源設備，包括液流電池、燃料電池、金屬-空氣電池、CO2電還原和水分解。Atomically Dispersed Iron with Densely Exposed Active Sites as Bifunctional Oxygen Catalysts for Zinc-Air Flow Batteries. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202105892
