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華科/佐治亞理工Small：具有超高活性位點利用率的Fe-NC催化劑用于高效ORR

Fe-NC單原子催化劑(SAC)是一類有前途的用于氧還原反應(ORR)的電催化劑，具有取代Pt基催化劑的巨大潛力。然而，由于SAC的Fe負載有限以及內部活性位點的不可接近性，只有一小部分靠近外表面的位點能夠促進ORR活性。

近日，佐治亞理工學院劉美林、趙伯特和華中科技大學王春棟等在單寧酸溶液中對ZIF-8進行部分蝕刻，制造出具有可控分級多孔和凹形納米結構的Fe-NC單原子催化劑(FeNC-TA)。

所制備的催化劑由原子分散的活性位點(Fe-N₄)在具有新型納米結構的N摻雜分級多孔碳中，ZIF-8的預蝕刻過程和熱解將材料轉化為具有多孔凹殼和透氣核的結構，導致大量中孔/大孔和擴大的外表面，促進物質傳遞到內部活性位點并促進催化過程，使活性位點得到超高利用率。同時，源自ZIF-8多孔性質的微孔會增加活性位點的密度，進一步提高反應活性。

由于Fe-N₄活性位點對ORR的高內在活性和能夠最大限度利用這些位點的獨特結構，FeNC-TA在堿性(E_1/2= 0.926 V_RHE)和酸性(E_1/2= 0.8 V_RHE)條件下都表現出顯著的ORR活性，以及良好的耐用性和對甲醇的耐受性。

與商業Pt/C相比，該催化劑在鋅-空氣電池中的進一步測試也顯示出優異的性能、大的功率密度和良好的穩定性。這項工作將為設計和制備具有超高活性位點利用率的高效單原子催化劑提供了新策略，同時也顯示出其在實際應用中具有巨大的潛力。

A Single-Atom Fe-N-C Catalyst with Ultrahigh Utilization of Active Sites for Efficient Oxygen Reduction. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202203326

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