DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.232988

氧还原反应（ORR）是质子交换膜燃料电池和铝-空气电池等能量转换装置的核心反应。因此，迫切需要高效、稳定的电催化剂来加速ORR过程。在本研究中，作者提出了一种利用静电纺丝技术制备Fe-Nx催化剂的新方法。该催化剂具有一维纤维结构。丁二腈（SN）用作络合剂，以稳定Fe离子并防止它们在碳化过程中结块，从而形成高密度的Fe-Nx位点。热解过程中产生的Fe3C纳米颗粒可以提高Fe-Nx位点的催化活性。在0.1M KOH溶液中通过旋转圆盘电极（RDE）测试评估了该催化剂的性能，其半波电位为0.925V（vs.RHE），超过了商用Pt/C电极（0.86V）的对应值。组装的铝-空气电池具有2.01V的开路电位和98mW/cm2的最大功率。总之，这项工作为通过静电纺丝直接制备Fe-N-C催化剂提供了一种创新型方法。

图1.Fe-Nx@NC/rGO的合成示意图（a）；模拟的分子结构图（b）。

图2.通过电纺丝制备的前体（a,b）和通过煅烧前体制备的Fe-Nx@NC/rGO催化剂（c,d）的SEM形态。

图3.煅烧温度为800℃时Fe-Nx@NC/rGO的透射电镜表征（a）；b和c是图（a）中矩形区域的层间距。

图4.PAN和Fe-Nx@NC/rGO的XRD图（a）；不同催化剂的拉曼光谱（b）。Fe-Nx@NC/rGO中（c）N1s和（d）Fe2p的XPS光谱。

图5.（a）不同催化剂和商用20%Pt/C在O2饱和和N2饱和的0.1M KOH中的CV曲线，扫描速率为50mV/s；（b）不同催化剂和商用20%Pt/C在O2饱和的0.1M KOH中的LSV曲线，扫描速率为5mV/s，转速为1600rpm；（c）不同催化剂和商用20%Pt/C的Tafel图；（d）Fe-Nx@NC/rGO催化剂在不同电极速度下的RDE极化曲线；（e）不同催化剂和商用20%Pt/C的EIS图；（f）3000次CV循环试验前后Fe-Nx@NC/rGO和商用20%Pt/C的LSV曲线。

图6.（a）Fe-Nx@NC/rGO和Pt/C的放电极化曲线和相应的功率密度图；（b）10、50和100mA/cm2时Fe-Nx@NC/rGO的比放电容量。