基于血红素衍生的中空非贵金属催化剂氧还原反应电催化活性

李琳，沈水云，魏光华，章俊良,3,*

1上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所，上海 200240

2上海交通大学巴黎高科学院，上海 200240

3上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海 200240

1 引言

燃料电池因具有能量转化效率高、清洁、无污染等优点被视为新能源汽车的终极解决方案，成为当前研究的热点。然而，其阴极氧还原反应动力学非常缓慢，相比于阳极的氢气氧化反应低了5个数量级1，从而严重制约了电池的整体性能。贵金属铂及其过渡金属(Co、Ni、Fe等)合金类催化剂对于氧还原反应具有很好的催化活性，然而铂资源短缺、价格昂贵，大大提高了燃料电池的成本，限制了其大规模的应用。因此，寻找价格低廉、性能良好的非贵金属氧还原电催化剂成为近年来的研究热点2–4。

非贵金属催化剂主要由过渡金属(Fe、Co、Mn等)、氮和碳组成，而金属大环化合物可以独立承担金属源、氮源和碳源作用，是一种理想的非贵金属氧还原电催化剂前驱体。1964年Jasinski5首次将金属大环化合物酞菁钴(CoPc)用作氧还原催化剂并表现出良好的电催化活性，随后Lalande等6发现经过进一步高温热处理可以有效提高金属大环化合物的氧还原催化性能。大环化合物用于制备非贵金属氧还原催化剂引起众多研究者的关注7–10。He等11将Cu酞菁与Fe酞菁负载在碳载体上经过热处理得到CuFe/C非贵金属催化剂，该催化剂在0.1 mol·L-1KOH溶液中0.8 V下的活性为24.5 mA·cm-2，高于Pt/C催化剂的21.4 mA·cm-2。

血红素作为一种天然的同时含有Fe、N、C的金属大环化合物也广泛应用于制备非贵金属氧还原电催化剂12–15。……