陈忠伟院士领衔：活性微区耦合花状骨架，协同提升ORR动力学与传质

本文针对可充电锌空气电池中空气阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢、O2传输受限和活性位点利用不足的问题，提出跨尺度结构–电子协同设计策略。研究背景为传统Pt/C催化剂成本高且稳定性差，而Fe–N–C单原子催化剂虽具潜力，但对称Fe–N4结构存在氧中间体吸附不理想、传质阻力大等挑战。研究目的是通过同时优化Fe位点的微观电子结构和催化层的宏观传质结构，提升ORR性能。结论表明，通过将Fe–N4/Fe3C活性微区嵌入三维介孔碳纳米花框架中，成功构筑了FeSA/Fe3CNP@CNF催化剂。该结构利用Fe3C纳米颗粒调控Fe–N4位点的电子结构以优化氧中间体吸附，并通过介孔碳纳米花框架构建快速O2传输通道。该催化剂半波电位达0.921 V，锌空气电池峰值功率密度199.1 mW cm−2，循环稳定性超500小时，证明本征活性与传质能力的协同提升是高性能ORR催化剂的关键。