• 研究论文 •
林琳a,b#, 候秀旋c,#, 樊哲琛a,b, 尹义轩a,b, 赵纬祎a,b, 魏恺a,b, 周雨蝶a,b, 候利娜a,b, 王颖c,*, 万浩a,b,*, 葛君杰a,b,*
Lin Lina,b#, Xiuxuan Houc,#, Zhechen Fana,b, Yixuan Yina,b, Weiyi Zhaoa,b, Kai Weia,b, Yudie Zhoua,b, Lina Houa,b, Ying Wangc,*, Hao Wana,b,*, Junjie Gea,b,*
摘要: Fe-N-C催化剂长期受限于氧还原反应(ORR)动力学迟缓的问题,这源于其对氧中间体的过度吸附强度及较低的活性位点利用率。杂原子掺杂通过调节金属位点的电子结构优化中间体吸附,有效加速ORR动力学;而化学气相沉积技术(CVD)可以提升活性位点的周转频率(TOF)。本文采用双前驱体CVD策略,开发出富含FeS1N4位点的FeSNC催化剂。实验与理论分析表明,硫元素的引入打破了活性位点的对称配位,将OH*吸附能从0.212 eV优化至1.194 eV。此外,TOF从1.98 e-1·site-1·s-1提升至6.32 e-1·site-1·s-1,显著增强了催化剂的本征活性。更值得注意的是,含硫物种的亲水性显著提高了掺硫催化剂的亲水性,从而促进了氧气和质子传输。因此,FeSNC催化剂在0.1M HClO4中表现出极高的0.863V半波电位,并在H2-O2质子交换膜燃料电池中达到1.2W·cm-2的峰值功率密度。这项工作突出了配位工程的关键作用。