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原子分散的過渡金屬-氮-碳催化劑正在成為燃料電池中氧還原反應（ORR）的低成本電催化劑。然而，這些催化劑仍然需要具有成本效益和可擴展的合成策略，以及對它們的機制更深入的了解。

近日，英國學院Maria-Magdalena Titirici（通訊作者）等人報道了一種通過水熱碳化和高溫后碳化制備了可擴展、低成本的鐵、氮-共摻雜的碳球（Fe@NCS）。

首先，通過木糖HTC制備具有豐富氧功能的水熱碳球（CS）。然后用鐵前體（FeCl₂或FeCl₃）和氮前體（三聚氰胺）浸漬得到的熱液CS，最后在惰性N₂氣體下進行兩步碳化。

在碳化過程中，Fe和N雜化到碳載體中，從而形成碳載體Fe@NCS。而Fe@NCS粉末用0.1 M HCl處理，以去除表面形成的任何游離金屬鐵物種，僅允許Fe-N_x絡合物殘留(Fe@NCS-A、其中A表示酸），其中用FeCl₂或FeCl₃浸漬的樣品分別表示為Fe²⁺@NCS-A和Fe³⁺@NCS-A。

研究發現，FeN₄是所獲得的Fe@NCS中存在的主要Fe形式。通過比較Fe²⁺@NCS-A和Fe³⁺@NCS-A催化活性，發現Fe²⁺@NCS-A對ORR顯示出更好的催化活性。

在陰離子交換膜燃料電池中研究了這種催化劑。高開路電壓證明了開發高性能、低成本燃料電池催化劑是一種潛在的方法。

Iron, Nitrogen Co-Doped Carbon Spheres as Low Cost, Scalable Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202102974.

https://doi.org/10.1002/adfm.202102974.

AFM：Fe、N共摻雜碳球作為用于ORR的低成本、可擴展的電催化劑

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AFM：Fe、N共摻雜碳球作為用于ORR的低成本、可擴展的電催化劑

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