封装在ZIF-8衍生碳纳米管中的Fe/Fe3C纳米颗粒，用作微生物燃料电池中的阴极氧还原催化剂

《Nanoscale》：Fe/Fe3C nanoparticles encapsulated in ZIF-8-derived carbon nanotubes as a cathode oxygen reduction catalyst for microbial fuel cells

氧还原反应催化剂Fe/Fe3C@NiNC通过一步热解法以Fe/Ni共掺杂ZIF-8为前驱体制备，碳纳米管封装保护纳米颗粒提升长期稳定性，Ni掺杂优化电子结构增强催化活性（半波电位0.87V， onset 0.95V），实现微生物燃料电池1600mW/m2功率密度及120小时稳定运行。

　　

氧气还原反应（ORR）的催化活性不足以及稳定性较弱，阻碍了微生物燃料电池（MFCs）的高效和持久运行。在这项研究中，研究人员使用掺铁和镍的ZIF-8作为前驱体，通过一步热解法制备了一种ORR催化剂Fe/Fe₃C@NiNC。碳纳米管（CNTs）作为保护屏障，将Fe/Fe₃C纳米颗粒（NPs）包裹起来，从而提高了催化剂的长期稳定性。与CNTs结合的Fe簇和NiNC加速了电子从Fe向NiNC的转移。镍的掺杂优化了电子结构，增加了吡啶氮的含量，提升了催化剂的稳定性。Fe和Fe₃C的协同作用显著增强了ORR活性，其半波电位为0.87 V，起始电位为0.95 V。采用Fe/Fe₃C@NiNC的MFC表现出优异的功率密度（1600 mW m^-2）和120小时的长期稳定性。这项研究为设计具有更高催化活性和长期稳定性的ORR催化剂提供了新的策略。