近日，Journal of the American Chemical Society发表了一篇题为《Constructing Asymmetric Fe–Nb Diatomic Sites to Enhance ORR Activity and Durability》的研究论文。成功合成了一种新型非铂催化剂——不对称Fe–Nb双原子位点催化剂（FeNb/c-SNC），其在氧还原反应（ORR）中表现出优异的性能和稳定性。
铁–氮–碳（Fe–N–C）材料作为一种有望替代铂（Pt）的催化剂，在ORR过程中具有广泛应用前景。然而，Fe原子的溶解和氧化严重限制了其长期稳定性和性能。本研究团队通过调节Fe–N–C的活性微结构，成功提升了ORR活性和稳定性。
与常见的3d过渡金属（如Co、Ni等）相比，4d过渡金属原子铌（Nb）具有更少的d电子和更多的未占据轨道，能与Fe位点形成更稳固的相互作用，优化氧含中间体的结合能，同时保持稳定性。FeNb/c-SNC催化剂在ORR性能和稳定性方面均优于Fe单原子催化剂（SACs）。
该催化剂通过强化Fe–Nb双原子位点间的相互作用，优化了关键中间体（*OH）的脱附能，使Fe–*OH的吸附能接近火山曲线顶峰，展现出最优的ORR活性。更重要的是，引入Nb原子能有效增强Fe–N键，抑制Fe原子脱落，从而提高稳定性。
在锌空气电池（ZAB）和氢氧化物交换膜燃料电池（HEMFC）应用中，搭载FeNb/c-SNC的电池峰值功率密度分别达到314 mW cm–2和1.18 W cm–2。值得注意的是，ZAB和HEMFC的稳定运行时间分别比Fe SACs提高了9.1倍和5.8倍。
作者简介：
Chen Chen教授是清华大学化学系的教授和博士生导师，专注于无机材料、催化和新能源的研究。清华大学的博士学位，获得了国家杰出青年科学基金等荣誉，并在多个知名学术期刊发表了100余篇论文。
参考文献：
Constructing Asymmetric Fe–Nb Diatomic Sites to Enhance ORR Activity and Durability, Rui Sui, Bo Liu, Chang Chen, Xin Tan, Chang He, Dongyue Xin, Bowen Chen, Zhiyuan Xu, Jiazhan Li, Wenxing Chen, Zhongbin Zhuang, Zhenbo Wang, and Chen Chen, Journal of the American Chemical Society Article ASAP, DOI: 10.1021/jacs.4c09642.
