张铁锐/尚露AEM：MOF-5衍生碳负载Fe SACs用于质子交换膜燃料电池中高效ORR

开发具有丰富、易接近的Fe位点的Fe单原子催化剂（Fe SACs）是提高质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中氧还原反应（ORR）效率的关键步骤。

基于此，中科院理化技术研究所张铁锐研究员和尚露副研究员（共同通讯作者）等人报道了通过配体介导的方法制备了一种负载在C-MOF-5上的Fe单原子催化剂（表示为Fe SAC-MOF-5），并在旋转盘电极（RDE）和PEMFC进行测试。

首先，作者采用具有三维（3D）微孔立方结构的Zn₄O(1, 4-苯二甲酸酯)₃（MOF-5）作为前驱体，制备了一种具有超高比表面积（2751 m² g^-1）和高外表面积（1651 m² g^-1）的高孔碳（表示为C-MOF-5）。

接着，作者证明了C-MOF-5是一种有效的碳载体，并利用C-MOF-5负载Fe单原子催化剂生成了Fe-SAC-MOF-5，其中含有大量易接近的FeN_x位点（2.35 wt%）。

通过实验测试发现，Fe SAC-MOF-5在0.5 M H₂SO₄电解质中提供0.83 V（vs RHE）的半波电位，在0.2 MPa H₂-O₂质子交换膜燃料电池（PEMFC）中实现了0.84 W cm^-2的峰值功率密度。

这种优异的性能来源于C-MOF-5的超高比表面积，用于形成高密度的单Fe原子，以及用于增加活性位点暴露的高外表面积。该工作可能会启发合理设计从更广泛的具有超高比表面积的MOF前驱体衍生的金属单原子催化剂，以改善PEMFCs中ORR的性能。

Fe Single-Atom Catalysts on MOF-5 Derived Carbon for Efficient Oxygen Reduction Reaction in Proton Exchange Membrane Fuel Cells. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102688.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102688.

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