近日，三峡大学、中国地质大学（武汉）、北京大学、武汉纺织大学等联合研究团队在《Advanced Energy Materials》发表了铁单原子电催化剂用于氧还原反应的最新研究成果。

本研究核心表征技术：DC DSR数字型旋转圆盘圆环电极（RRDE）被用于精准测定 ORR 电子转移数、H₂O₂产率与反应选择性，为性能结论提供关键实验支撑。

研究通过硫原子配位调控策略显著提升催化性能，所制备的催化剂在碱性与酸性条件下均表现出优异氧化还原活性，并且组装的锌 - 空气电池展现出更高的功率密度与循环稳定性，为低成本、高稳定燃料电池与金属 - 空气电池阴极催化材料提供了高效新方案。

第一作者：谢玉华

通讯作者：杨泽慧等

论文单位：三峡大学、中国地质大学（武汉）、北京大学、武汉纺织大学

论文DOI：10.1002/aenm.71096

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一、研究背景与成果

传统铁单原子催化剂（Fe-N₄）结构太对称、电子不稳定，反应效率上不去。

团队把1 个N换成S，做成Fe-N₃S/SNC，打破对称、让硫当 “电子缓冲垫”，实现：

• 半波电位 0.924 V vs. RHE，比 Pt/C 高 62 mV
• 动力学电流是 Pt/C 的5.8 倍
• 锌 - 空气电池功率密度达231.8 mW cm⁻²，远超商用器件
• 全程四电子反应，副产物 H₂O₂极少，稳定性极强
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二、实验方法

本研究所有 ORR 选择性、电子转移数、H₂O₂产率均在DC DSR上完成，实验流程与参数如下：

1. 实验装置与体系

• 测试体系：常规三电极体系
• 工作电极：旋转圆盘圆环电极（RRDE），中心盘为玻碳电极，环为铂环
• 参比电极：Hg/HgO（碱性）、Ag/AgCl（酸性）
• 对电极：石墨棒 / 铂片
• 电解液：碱性1 M KOH，酸性0.1 M HClO₄
• 通气：高纯 O₂饱和（测试前通气≥30 min）
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2. 催化剂制样与涂覆

• 取催化剂、炭黑、Nafion 溶液混合，超声分散为均匀墨水
• 取定量墨水滴涂于 RRDE 中心盘，自然干燥
• 催化剂负载量严格控制，保证对比公平

3. RRDE 测试参数

• 盘电极扫描速率：10 mV s⁻¹
• 旋转转速：1600 rpm
• 环电极恒定电位：1.5 V vs. RHE（用于氧化检测 H₂O₂）
• 测试曲线：线性扫描伏安曲线（LSV）
• 背景扣除：N₂氛围下测试基线并扣除

4.数据计算公式

三、关键结果

1. 碱性条件 ORR 选择性

• 电子转移数：3.84，接近理想四电子路径
• H₂O₂产率：仅1.6%，几乎无有害副产物
• 稳定性：5000 圈循环后，电子转移数与 H₂O₂产率几乎不变
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2. 酸性条件 ORR 选择性

• 电子转移数：3.91，完美四电子路径
• H₂O₂产率：2.2%，远低于 Fe-N₄/NC
• 对比：常规 Fe-N₄/NC 仅3.07 电子，副产物大量生成
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3. 结论：RRDE 证明了什么？

一句话概括：