AFM: 双金属酞菁的异质结构设计提高氧还原反应的活性和耐久性

雨辰

2020-10-03

酞菁铁（FePc）由于在碱性介质中具有显着的催化活性，因此在氧还原反应（ORR）中引起了人们的极大兴趣。但其稳定性差，严重阻碍了其实际应用。在不同组分之间具有强耦合作用的异质结构具有同时促进活性和稳定性的巨大潜力。

有鉴于此，武汉理工大学麦立强教授、周亮教授和赵焱教授等人，设计了一种金属元素分布不均的异结构双金属酞菁（FePc/CoPc HS）催化剂。

本文要点

1）报道了一种具有高结晶度、非均匀Fe/Co分布的FePc/CoPc HS微米棒。作为ORR催化剂，FePc/CoPc HS具有较高的ORR活性，提升的稳定性，并促进ORR过程向4电子方向进行，过氧化氢的产率很低。

2）与FePc相比，FePc/CoPc HS对ORR具有更高的动力学电流密度(>提高了100%)和更强的耐久性(提高了20.5%)。以FePc/CoPc HS作为阴极催化剂的锌空气电池可实现高功率密度（128 mW cm^-2）和高开路电压（1.67 V）。

3）X射线吸收精细结构和理论计算表明，异质结构设计可延长Fe-N键的长度，并增加Fe活性位点周围的电子密度，并减少了最高占据的分子轨道和最低的未占据的分子轨道能隙。

总之，该工作丰富了对异结构双金属酞菁基ORR电催化剂的电子结构调节的理解，为酞菁基ORR电催化剂的设计提供了新思路。

参考文献：

Yao Ma et al. Heterostructure Design in Bimetallic Phthalocyanine Boosts Oxygen Reduction Reaction Activity and Durability. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202005000

https://doi.org/10.1002/adfm.202005000