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氧還原反應(ORR)是金屬空氣電池的重要半反應，但是反應動力學遲緩。Pt基催化劑能有效提升ORR動力學，但存在穩(wěn)定性低、資源緊缺、價格昂貴等問題，限制了金屬空氣電池的商業(yè)化應用。因此，開發(fā)非貴金屬ORR催化劑至關重要。在已開發(fā)的各種非貴金屬催化劑中，金屬氮化物摻雜的碳材料(MNx-C)因為其高導電性、優(yōu)異的氧還原催化活性和經(jīng)濟適用性被認為是最有可能取代Pt基催化劑的一類材料。其中，氮化鐵(Fe3N)修飾的碳材料(Fe3N-C)具有可與Pt/C媲美的ORR催化活性。然而，形成Fe3N顆粒通常需要高溫氨化，這不僅增加了制備成本也存在安全隱患。如何通過非高溫氨化方法來制備Fe3N納米顆粒修飾的碳材料并顯著提升其ORR催化活性成為了新的關注點。

湘潭大學劉益江副教授課題組提出一種簡單有效的原位制備Fe3N和FeCo納米顆粒修飾的雜化碳材料的方法并用于高效氧還原催化反應。課題組通過乳液組裝和自聚合的方法制備了多孔聚多巴胺金屬納米球(如Fe-PDA@Co)，隨后利用聚多巴胺、金屬與三聚氰胺的相互作用在聚多巴胺金屬納米球表面包覆三聚氰胺得到Fe-PDA@Co@melamine絡合物，最后通過高溫熱解得到Fe3N和FeCo修飾的多孔碳球和碳納米片共存的雜化碳材料Fe3N-FeCo@NC。Fe3N-FeCo@NC是目前MNx-C材料 ORR性能的最高值之一。同時，基于Fe3N-FeCo@NC的鋅空氣電池具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。以上結(jié)果表明Fe3N-FeCo@NC是一種高效且穩(wěn)定的ORR電催化劑，有利于推進鋅空電池的實際應用。

相關成果Metal-coordinated porous polydopamine nanospheres derived Fe3N-FeCo encapsulated N-doped carbon as a highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction于近日發(fā)布在清華大學主辦的高起點能源期刊Nano Research Energy

關鍵詞： 催化活性 湘潭大學 非貴金屬