硫酸根離子誘導(dǎo)的凹面多孔S、N共摻雜碳限制FeC_x納米團(tuán)簇，具有 Fe-N₄位點，可在堿性和酸性介質(zhì)中進(jìn)行氧還原。目前用于氧還原反應(yīng)（ORR）的催化劑中，鉑基催化劑是活性最高的電催化劑，但其高成本和稀缺性阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，大量的工作已經(jīng)在尋求高效率和低成本的非貴金屬基催化劑。為了提高催化劑的催化活性，關(guān)鍵是增強(qiáng)活性位點的內(nèi)在活性或增加可及活性位點的暴露。

基于此，武漢理工大學(xué)木士春和何大平等人設(shè)計了一種有效的Fe/S-NC氧還原電催化劑，它限制了大量 FeC_x納米團(tuán)簇與Fe-N₄位點位于凹形多孔S、N共摻雜碳基質(zhì)中。原因在于硫酸根離子在高溫下與源自ZIF-8的碳發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致碳骨架收縮，然后形成具有大量大孔和中孔的凹形結(jié)構(gòu)，這種摻入S的凹面架構(gòu)提供了更大的與電解質(zhì)接觸的面積，促進(jìn)了活性位點的暴露并加速了遠(yuǎn)程傳質(zhì)。因此，具有大量CSC、Fe-N₄和FeC_x納米團(tuán)簇的催化劑（Fe/S-NC）表現(xiàn)出良好的ORR 活性和穩(wěn)定性。

在堿性介質(zhì)中，最佳催化劑（Fe/S₂-NC）的半波電位為0.91 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商業(yè)鉑碳（0.85 V），而在酸性介質(zhì)中，半波電位達(dá)到0.784 V，與鉑碳（0.812 V）相當(dāng)。此外，對于鋅空氣電池而言，F(xiàn)e/S₂-NC（170 mW cm^-2）優(yōu)于鉑碳（108 mW cm^-2）的出色峰值功率密度也凸顯了其巨大的應(yīng)用潛力。這種用硫酸根離子原位S摻雜和直接成孔的方法為開發(fā)和設(shè)計具有成本效益的非貴金屬氧還原催化劑開辟了新的方向。

Sulfate ions induced concave porous S-N Co-doped carbon confined FeC_x?nanoclusters with Fe-N₄?sites for efficient oxygen reduction in alkaline and acid media. Small, 2021.