吉林大学赵晓团队Science Bulletin：核壳Fe@Fe₃O₄多功能协同，突破单原子催化中的界面动力学限制

本文由吉林大学赵晓团队发表于Science Bulletin，针对Fe-N-C单原子催化剂在碱性氧还原反应（ORR）中受限于界面动力学的问题，提出一种多功能核壳Fe@Fe₃O₄纳米颗粒与Fe单原子位点耦合的新策略。背景上，传统单相纳米颗粒仅能通过电子效应调控中间体吸附，无法同时优化水解离和质子传输，导致催化效率受限。研究目的是设计兼具电子结构调节、水分子活化和质子定向传输能力的复合界面。结论表明，Fe@Fe₃O₄核壳颗粒通过金属Fe核与Fe₃O₄壳层的协同作用，不仅削弱了对氧中间体的过强吸附，还降低了水解离能垒，并通过重构界面氢键网络促进质子接力传输至Fe单原子位点。该催化剂在ORR中表现出0.952 V的半波电位、低H₂O₂产率及优异耐久性，锌空气电池功率密度达250.2 mW cm⁻²，循环超10000次。研究突破了单原子催化中仅依赖电子效应的设计范式，为多步骤电催化反应提供了新思路。