异质界面调控FeN4的3d轨道电子结构以增强氧还原电催化性能

《Journal of Energy Chemistry》：Heterointerfaces regulating the 3 d-orbital electronic structure of FeN 4 for enhanced oxygen reduction electrocatalysis

本文通过空间限域与气氛调控策略构建了Fe3C-FeN4/CB异质结构催化剂，揭示了Fe3C与FeN4界面诱导的轨道重构（由低自旋四方平面结构向中自旋准八面体结构转变）可下移Fe的d带中心，优化氧还原反应（ORR）路径并降低能垒。该催化剂展现出卓越的四电子选择性、甲醇耐受性及锌空气电池应用潜力（峰值功率密度178.4 mW cm?2），为高性能ORR电催化剂设计提供了新范式。

　　

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Results and discussion

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）包覆限域与氢气/氩气（H₂/Ar）气氛调控的协同作用，成功合成了锚定于商业EC600JD碳黑（CB）表面的Fe₃C-FeN₄/CB催化剂，其Fe₃C纳米颗粒与FeN₄单原子均匀分布。图1a展示了合成路线示意图：初始阶段，1,10-菲啰啉（Phen）与Fe²⁺离子配位形成稳定的[Fe(Phen)₃]²⁺络合物，溶液颜色明显变化...

Conclusions

综上所述，通过PVP包覆限域与H₂/Ar气氛调控的协同策略，我们开发出高效Fe₃C-FeN₄/CB催化剂，其中9纳米的Fe₃C纳米颗粒与原子级分散的FeN₄位点均匀分布于碳黑表面。Fe₃C与FeN₄之间形成的异质界面是卓越氧还原电催化性能的关键原因。结合电子顺磁共振、温度-磁矩测试与密度泛函理论（DFT）计算...