原子級分散的Fe-N-C催化劑是氧還原反應(yīng)中商業(yè)Pt/C有前景的替代品。然而，大多數(shù)Fe-N-C催化劑由于O-O鍵斷裂能力差和Fe快速脫金屬而表現(xiàn)出較差的活性和耐久性。基于此，2024年8月26日，天津大學(xué)丁佳教授在國際頂級化學(xué)期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)表題為《Diatomic Iron with a Pseudo-Phthalocyanine Coordination Environment for Highly Efficient Oxygen Reduction over 150,000 Cycles》的研究論文。在此，作者通過將鐵酞菁的核心域（Fe-Nα-Cα-Nβ）嫁接到缺陷碳上，構(gòu)建了一種假酞菁環(huán)境配位的雙原子鐵（Fe2-pPc）催化劑。原位表征和理論計算證實Fe2-pPc遵循快速動力學(xué)解離路徑，由此Fe2-pPc觸發(fā)橋式氧吸附并催化直接O-O自由基裂解。與具有類超氧吸附和*OOH參與路徑的傳統(tǒng)Fe-N-C和FePc基催化劑相比，F(xiàn)e2-pPc具有0.92 V的優(yōu)異半波電位。此外，pPc環(huán)境中超強(qiáng)的Nα–Cα鍵賦予了雙原子鐵活性中心對反應(yīng)誘導(dǎo)的幾何應(yīng)力的高耐受性，從而顯著提高了其抗脫金屬能力。經(jīng)過創(chuàng)新高的150000次循環(huán)嚴(yán)格加速降解測試，F(xiàn)e2-pPc的Fe損失可以忽略不計，且其活性衰減僅為17 mV，是已報道的Fe–N–C催化劑中最穩(wěn)健的候選催化劑。不僅如此，采用Fe2-pPc的鋅空氣電池也表現(xiàn)出255 mW cm-2的功率密度和超過440 h的運(yùn)行穩(wěn)定性。這項工作為原子級精密金屬催化劑的設(shè)計帶來了新的見解。Diatomic Iron with a Pseudo-Phthalocyanine Coordination Environment for Highly Efficient Oxygen Reduction over 150,000 Cycles, Journal of the American Chemical Society, 2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c05111
