燃料電池、金屬-空氣電池等可再生能源轉換和儲能技術對解決當前具有挑戰性的全球環境和能源問題至關重要。通過氧還原反應（ORR）電化學還原氧分子是這些技術的核心。近幾十年來，稀有而昂貴的鉑族金屬（PGM）催化劑已被用于顯著加速酸性介質中遲緩的四電子ORR途徑。為了降低成本，非PGM負載的氮摻雜碳催化劑（MNC）被開發出來，然而由于對此類催化劑的大量研究在很大程度上是重疊的，因此很少有額外的發現和基本的見解。

基于此，復旦大學李峰，中國科學技術大學傅正平和蔚山國家科學技術學院Baek Jong-Beom（共同通訊）等人報道了一種用于電化學氧還原的錫（Sn）納米簇催化劑，將1 ~ 1.5 nm的Sn納米團簇原位固定在平均孔徑為0.7 nm的微孔氮摻雜碳多面體中（Sn_xNC）。

Sn_xNC中的Sn_x與NC載體有很強的相互作用，形成Sn-N鍵。Sn_xNC的催化性能顯著提高，與Pt/C的催化性能相當，并優于已報道的其他FeNC催化劑。電化學和理論分析的結果表明，不同尋常的催化活性與空間受限的Sn納米團簇有關，它們具有良好的氧吸附性能。Sn基的單原子催化劑與Sn單原子錨定在摻雜氮的碳納米片作了明確的比較，Sn_xNC在酸性介質中表現出很高的催化性能，包括正的起始電位和半波電位，可與最先進的Pt/C相媲美并遠遠超過Sn單原子催化劑的性能。

此外，用計時安培法評估了Sn_xNC對甲醇的抗中毒性和ORR電化學穩定性。與 Pt/C 不同，Sn_xNC沒有觀察到顯著的ORR 電流變化，顯示其對甲醇中毒的高抗性。同時，電流-時間曲線也證實了Sn_xNC 良好的穩定性，經過長期測試后該曲線顯示出輕微的衰減。結構和理論的綜合分析表明，Sn_xNC催化劑體系具有高催化活性是因為Sn納米團簇具有良好的氧吸附能力，而不是因為Sn單原子。

本文報道了一種Sn基納米團簇約束催化劑，Sn納米團簇的平均孔徑為0.7 nm，穩定地包裹在微孔氮摻雜的碳多面體（Sn_xNC）中用于高效電化學氧還原，理論分析表明，Sn納米團簇約束催化劑體系具有較高的靜電勢和良好的吸氧性能，催化性能得到顯著改善。本工作不僅介紹了一種性能優異的無鉑基金屬納米簇催化劑，而且為合理設計和合成高效的催化劑作出了貢獻。

Tin nanoclusters confined in nitrogenated carbon for the oxygen reduction reaction, ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c07589.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07589.