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聚合物電解質燃料電池(PEFCs)是氫能系統中可再生能源制備的重要組成部分，而氧還原反應(ORR)是PEFCs中的一個重要過程，并且PEFC中的電流密度輸出主要受到在陰極處發生的氧還原反應的緩慢電子轉移動力學的限制。目前，用于燃料電池的催化劑主要是貴金屬催化劑，其成本高和長期耐久性不足阻礙了燃料電池的廣泛應用。

基于此，清華大學王訓課題組開發了一種簡單的方法，制備出具有高ORR活性和優異穩定性的Fe-N/C催化劑。具體而言，研究人員通過蒸發溶劑法將Fe²⁺和1，10-菲咯啉與導電炭黑(VXC72)均勻混合，然后將其進行熱解。在熱解過程中，1，10-菲咯啉、Fe²⁺和炭黑的相互作用導致在炭黑的多孔結構中產生了大量的Fe-N_x位點，并且可以通過控制制備條件來調控Fe-N_x位點的配位環境。

實驗結果表明，熱解產物(Cal-Fephen)的ORR催化活性明顯強于炭黑。此外，該方法制備的Fe-N/C方法簡單、合成成本低，具有極高的ORR催化活性：極限擴散電流密度(j_L)達到5.9 mA cm^-2和半波電位(E_1/2)為0.93V vs RHE，這是迄今為止所報道的最好的數值之一。采用在0.6 V-1.1 V之間掃描速度為100 mV s^-1的加速耐久性試驗(ADT)來評估優化的Cal-Fephen₄-150的穩定性，20000個ADT周期后該催化劑的LSV曲線與初始曲線相比沒有明顯變化，表明其具有良好的穩定性。

此外，研究人員還利用其他氮源進行了熱解試驗，結果表明，配體的結構和配位能力對熱解產物的催化活性有重要影響。從實際應用的角度來看，該項工作中催化劑的制備方法非常簡單、原料很廉價以及在合成過程中制備的溶液可以重復利用，這些特點保證了催化劑較低成本，顯示出其廣闊的應用潛力。

A Simple Preheating-pyrolysis Strategy Leading to Superior ORR Activity in Fe-N/Carbon Black. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202205372

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