尹鸽平/孔凡鹏Small：通过调节d带中心在高度石墨化碳上构建FeNx以实现高性能氧还原

Fe单原子和N共掺杂碳纳米材料（Fe-N-C）是最有希望替代铂族金属的氧还原反应（ORR）催化剂。然而高活性Fe单原子催化剂由于石墨化程度低，其稳定性较差。

基于此，哈尔滨工业大学尹鸽平教授，孔凡鹏助理教授（共同通讯作者）等人报道了一种有效的相变策略，通过增加石墨化程度和引入石墨碳层包裹的Fe纳米颗粒来提高Fe-N-C催化剂的稳定性。

所制备的Fe@Fe-N-C催化剂在酸性介质中具有良好的ORR活性（E_1/2=0.829 V）和稳定性（30K循环后损失19 mV）。

本文通过DFT计算研究了Fe@Fe-N-C的内在优越活性和稳定性。投影态密度（PDOS）表明，Fe@Fe-N-C催化剂中Fe单原子的d带中心明显转移到更负的位置。

计算得出的Fe@Fe-N-C的d带中心为-0.947 eV，比Fe-N-C的d带中心低0.172 eV（-0.775 eV），这意味着部分占据的反键轨道和含氧中间体在Fe@Fe-N-C上的弱相互作用。

ORR的吉布斯自由能图表明，Fe纳米颗粒的引入降低了*OH的脱附能，速率控制步骤从*OH的脱附转变为*OH的形成。相对于FeN₄ (0.77 eV)来说，FeN₄@Fe₁₅的ORR能垒大大降低至0.57 eV，从而促进了ORR动力学。

对于传统的Fe-N-C催化剂，活性Fe原子对氧中间体的过度强吸附限制了催化剂的活性，而Fe@Fe-N-C催化剂通过降低d带中心和中间体结合能避免了该缺点。

Architecting FeN_x on High Graphitization Carbon for High-Performance Oxygen Reduction by Regulating d-Band Center. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202300758.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202300758.

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尹鸽平/孔凡鹏Small：通过调节d带中心在高度石墨化碳上构建FeNx以实现高性能氧还原

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