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新疆理化技术研究所
编辑 | 化学加
中国科学院新疆理化技术研究所胡广志研究团队与瑞典于默奥大学Thomas Wagberg研究团队以及北京大学郭少军研究团队开展合作，利用硬模板夹芯合成法成功制备了表面功能化负载Fe-N-C催化活性中心的新型ORR催化剂材料，并通过Fe前驱体含量调控优化材料表面活性位的含量，实现在碱性条件下优于商业铂碳的ORR催化性能。球差电镜面扫描结果显示元素Fe、N、C均匀分布在材料表面，通过对
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Fe的Mößbauer谱解析证明Fe只与N配位形成Fe-N结构；通过X-射线精细吸收谱（
EXAFS
）进一步证明Fe周围N的配位数是2，因此合成的材料活性中心主要以FeN
2
存在；采用X光电子能谱有效定量了合成材料表面FeN
2
含量。密度泛函计算表明，在碱性条件下，由于对中间产物O*和OH*吸附作用较弱，以及较强的电子传输能力，FeN
2
结构催化ORR活性高于常规FeN
4
结构。
C-S-C结构促进Fe-N-C活性位催化ORR反应效率
该研究工作中单一的FeN
2
活性结构，为建立材料催化ORR反应的半波电位(E
1/2
)与活性位数量间的数学关系提供了理想模型。结合Butler-Volmer方程
，为预测此类材料的催化性能提供了理论支持与实验证明。
相关成果发表在能源材料类期刊《纳米能源》（
Nano Energy
）上。
科研人员进一步通过引入杂原子硫，在Fe-N-C附近形成的C-S-C结构，由于S的电负性，降低了附近活性中心Fe的电子云密度，从而促进材料对O
2
的吸附活化，进一步提高材料在酸性条件下催化ORR活性。研究结果发表在国际学术期刊《德国应用化学》（
Angewandte Chemie International Edition
）上。
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517301660
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201706602/abstract;jsessionid=FA70E372C0ABC1C7E823845B74619ED5.f04t01
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