我校化材学院本科生以第一作者在国际著名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》发表学术论文

随着社会的迅速发展，过度使用化石燃料导致了严重的气候环境问题。在中国致力于高质量发展和实现“双碳”目标的背景下，清洁能源转换和储能技术展示了巨大的潜力。近年来，氢氧燃料电池和二次电池已被广泛认可为可行的解决方案。然而，这些电池的广泛应用受到电池中阴极上缓慢的多电子氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）的限制。虽然铂基催化剂被认为是ORR的最佳催化剂，但其稀缺性和稳定性问题限制了其广泛应用。因此，研究人员们致力于开发一种低成本、高性能和耐用的非贵金属基ORR催化剂。

为了制备ORR催化剂，人们广泛使用由无机金属和有机配体构成的微孔金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）。由于其高碳含量，MOFs材料已成为制备碳基催化剂的首选前体。在ORR中，原子分散的Fe-N₄位点被确认为有效的活性中心。特别是分子金属酞菁（MPc）由于其独特的电子结构和与多种底物的兼容性而具有吸引力。通过将MPc活性位点锚定在碳基底上，可以方便地制备出低成本、高性能和耐用的非贵金属基ORR催化剂。

近日我校化学与材料工程学院钱金杰副研究员提出了一种有效的方法。他们使用由MOFs前体热解制备的多孔氮掺杂碳材料NC-1000来固定铁酞菁（FePc），从而制备出具有高效ORR催化活性的复合催化剂FePc@NC-1000。通过MOFs前体制备的NC-1000具有较大的孔隙率和丰富的孔隙缺陷。与此同时，NC-1000中的氮位点不仅有利于FePc的吸附，还优化了Fe-N₄位点的电子分布，进一步提升了催化活性中心的稳定性。

FePc@NC-1000复合材料含有大量的Fe-N₄活性中心，因此展现出优秀的ORR活性（氧还原反应）。FePc@NC-1000具有较低的起始电位（0.99 V）和较大的极限电流（5.96 mA/cm²）。此外，我们利用FePc@NC-1000构建的锌-空气电池表现出良好的性能和耐久性，这表明该材料在实际应用中具有巨大的潜力。我们的研究为高效、低成本的非贵金属基电催化剂的开发和制备提供了合理的设计策略，并为其在能源相关领域的实际应用提供了方向指导。

这项研究的成果题为《Immobilization of iron phthalocyanine on MOF-derived N-doped carbon for promoting oxygen reduction in zinc-air battery》，发表在《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院1区，Top，IF=9.965）上。温州大学为第一通讯单位，我校化材学院2018级本科生董桉瑞为第一作者，钱金杰副研究员为通讯作者、昭通学院李启彭教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（22105147，21601137）、浙江省自然科学基金项目（LQ16B010003）、浙江省温州市基础科技研究项目（H20220001, G20190007）和云南省地方本科高校基础研究联合专项资金项目（202101BA070001-042）的资助。

参考文献：A. Dong, Y. Lin., Y. Guo, D. Chen, X. Wang, Y. Ge, Q. Li, J. Qian, Immobilization of iron phthalocyanine on MOF-derived N-doped carbon for promoting oxygen reduction in zinc-air battery.