近日，北京化工大学材料科学与工程学院王峰教授、张正平教授、吴战鹏教授在Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Microenvironmental Regulation of Fe-N4 Catalytic Sites for Oxygen Reduction Reaction in Electrochemical Devices”的研究论文。

具有原子位点的非贵金属催化剂虽然在传统环盘测试中表现出了高本征活性，但是与实际应用性能之间存在显著差距。这一差距主要源于活性位点周围的微环境，亲水的催化剂表面会阻碍气体传输，严重影响反应物供应和产物排出，导致器件性能受限。基于此，本研究通过化学接枝的手段将氨基氟化的环三磷腈作为接枝剂，对聚酞菁周围的微环境进行调控，以解决酞菁大环中Fe–N₄ 位点传质困难这一关键问题。环三磷腈通过酰胺键与聚酞菁接枝，较大的空间位阻和氟化基团中 C–F 键的低表面能共同提供了低吸湿性的富集通道，从而保证了氧气向 Fe–N₄ 位点的供应并促进了羟基从催化剂分子上的脱离。此外，考虑到粘结剂的影响，本文也对g-CAN-Pc衍生的催化剂层进行了讨论，发现g-CAN-Pc/Nafion复合物的超疏水性源于缠绕的Nafion粘结剂的宏观疏水性和增强的疏水微观结构。与高孔隙率和改性化学表面相关的协同效应共同作用，使得氧气能够快速扩散通过整个催化剂层并抵达活性位点。无论是通过溶解氧供应还是从背通氧的电化学测试都表明，g-CAN-Pc表现出优于CAN-Pc的ORR性能。与传统RRDE测试中微小的性能差异相比，在ZAB和AEMFC中的器件性能得到了巨大提升，分别实现了1.4倍和2.5倍的增强。本研究提出了非贵金属催化剂的发展应更多关注于构建合理的反应场，而不仅仅是从单一活性位点去提高催化活性。

北京化工大学材料科学与工程学院博士研究生邸亚静为论文第一作者，王峰教授、张正平教授、吴战鹏教授为本论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务经费等多个项目的资助。

文章信息：

Yajing Di, Jiachen Wang, Xinyu Ding, Yu Chen, Wei Liu, Zhanpeng Wu, Zhengping Zhang, and Feng Wang. Microenvironmental Regulation of Fe-N4 Catalytic Sites for Oxygen Reduction Reaction in Electrochemical Devices，Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e16530.

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202516530