Fe-N-C催化剂是替代铂基催化剂用于氧还原反应（ORR）最具前景的非贵金属体系之一。该类催化剂通常由MOFs衍生而来，但MOFs衍生的催化剂本身以微孔结构为主，往往导致大量FeN4位点包埋，并影响反应传质过程。尽管介孔碳载体为制备Fe-N-C催化剂提供了一条可规模化的替代路径，但其活性仍难以企及MOFs衍生的Fe-N-C催化剂，其主要原因就是介孔碳氮含量低以及氮结构与MOFs衍生的Fe-N-C显著不同。因此，合理调控介孔碳中的氮构型，为FeN4位点创造良好的配位环境，对于开发高性能Fe-N-C催化剂至关重要。

图1 锌辅助氮重构策略合成Fe-N-C催化剂示意图及催化剂表征

近日，青岛能源所王光辉研究员带领的多孔催化材料研究组开发了一种锌辅助氮重构策略，成功在介孔碳载体上构建了高效的FeN4位点（Fe1-Npy-MC）。该策略主要利用介孔聚合物引入的Zn介导NH3热解，在介孔碳基体中形成大量吡咯型N配位的ZnNx位点（Zn1-Npy-MC-800），使产物氮含量从5.9 wt%提升至8.1 wt%，同时吡咯N的比例由20.1 at%提高至28.3%。由于Zn–N键易断裂，Zn1-Npy-MC-800中的Zn可与Fe离子发生高效的原位金属置换，经第二次热解后得到Fe1-Npy-MC催化剂。值得注意的是，该方法操作简便，易于放大，相同反应体积下，Fe1-Npy-MC的产量约为ZIFs基Fe-N-C催化剂的6倍以上，对碳载体的介孔结构和Fe单原子分散状态无明显影响。

电化学测试表明，Fe1-Npy-MC在碱性介质中表现出优异的ORR性能。其半波电位（E1/2）高达0.91 V（vs. RHE），优于无锌辅助的Fe1-N-MC（0.86 V）、无介孔催化剂Fe1-Npy-C（0.83 V）以及商业Pt/C（0.88 V）。在0.88 V下，其动力学电流密度为26.23 mA cm^-2，质量活性为5.41 A mgFe^-1，分别是Pt/C的4倍和50倍以上。此外，该催化剂在5000圈CV循环后E1/2几乎无衰减，计时电流法测试（40,000 s）后仍保持92%的初始电流密度，优于Fe1-N-MC（88%）、Fe1-Npy-C（50%）和Pt/C（30%）。

基于该催化剂的锌空气电池表现出卓越的实际应用潜力：峰值功率密度达292 mW cm^-2，比容量达820 mAh gZn^-1，并实现超过1200小时的长期循环稳定性。此外，基于Fe1-Npy-MC的柔性可充电锌空气电池在反复弯折下仍能稳定驱动LED并为智能手机充电，展现出在可穿戴电子设备中的广阔应用前景。

上述工作发表在《Chemical Engineering Journal》期刊（DOI: 10.1016/j.cej.2026.182242），第一作者是刘凤香硕士和王文全博士，通讯作者是王光辉研究员和田正斌助理研究员。该工作获得山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、中国博士后科学基金和青岛市博士后研究项目等项目的资助（文/图 田正斌）。

相关论文：Fengxiang Liu, Wenquan Wang, Zhengbin Tian, Xiaohui Deng, Guang-Hui Wang. Reconstruction of nitrogen configuration in mesoporous carbon unlocks efficient oxygen reduction electrocatalysis of Fe-N-C catalysts. Chemical Engineering Journal, 2026, 548, 182242.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.182242.