高负载双原子铁催化剂

原子级精确配对

通过主客体嵌套策略将Fe₂对精准嵌入石墨炔三角空腔，实现16.2 wt%超高负载与均一活性位点。

Xingru, Yan · Zhiyuan, Yang · Gao, Jingchi · 于琦 · Jingxiang, Yang · Ruiqiao, Wu · 黄长水

Nano Energy 2026

参数信息

双原子Fe负载量

16.2 wt%

Fe-Fe间距

2.6 Å

半波电位

0.92 V

极限电流密度

6.0 mA cm⁻²

技术优势

负载量高且位点均匀

利用石墨炔的富电子sp碳网络和三角空腔作为主体基质，将Fe₂(CO)₉客体分子共价嵌入空腔中心，实现Fe₂对的精准嵌套，从而在保持原子级精度的同时达到16.2 wt%的超高负载。

活性位点协同降低能垒

由于采用成对原子形式，Fe位点协同降低O-O键断裂能垒，加速*OOH→*O+*OH转化路径，从而提高四电子选择性。

ORR活性超过多数单原子催化剂

Fe₂-N-GDY催化剂半波电位达0.92 V，极限电流密度6.0 mA cm⁻²，优于许多已报道的单原子催化剂。

应用场景

• 电催化氧还原：提供高活性、高选择性的ORR催化剂，替代铂基材料。
• 燃料电池催化剂：用作燃料电池阴极催化剂，提升功率密度并降低成本。
• 金属空气电池：作为空气电极催化剂，提高充放电效率和循环寿命。
• 原子级分散催化：展示一种在保持原子精度的同时实现高负载的合成策略。