设计基于过渡金属的电催化剂以实现高效且成本低廉的氧还原反应（ORR），对于金属空气电池等能量转换设备来说至关重要，但同时也极具挑战性。
基于此，2025年3月11日，广州大学王欢等人在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Synergistic Catalysts with Fe Single Atoms and Fe3C Clusters for Accelerated Oxygen Adsorption Kinetics in Oxygen Reduction Reaction》的研究论文。
在本工作中，作者提出了一种成本低廉的策略，用于制备由单原子铁位点和Fe₃C团簇嵌入氮掺杂碳层（FeSA-Fe₃C/NC）的催化剂。FeSA-Fe₃C/NC电催化剂在碱性电解液中展现出卓越的氧还原性能，实现了较高的半波电位（E₁/₂ = 0.902 V）、4电子氧还原选择性以及出色的抗甲醇干扰能力。其卓越的氧还原催化性能归功于相对较大的比表面积和活性位点的最优排布，包括原子级分散的Fe-N位点以及协同作用的Fe₃C团簇。
原位光谱电化学表征和理论计算证实，Fe₃C团簇破坏了Fe-N₄的对称电子结构，优化了铁中心的3d轨道，从而加速了*OOH中间体中O-O键的断裂，进而提升氧还原活性。此外，采用FeSA-Fe₃C/NC构建的锌空气电池在能量存储应用中展现出巨大潜力，其最大功率密度达到151.3 mW cm⁻²，并且循环耐久性超过了商业Pt/C催化剂。
本研究建立了一种利用环境友好型原材料生产具有卓越性能的金属基碳电催化剂的低成本途径。
Synergistic Catalysts with Fe Single Atoms and Fe3C Clusters for Accelerated Oxygen Adsorption Kinetics in Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed.（2025）.https://doi.org/10.1002/anie.202501266
