N‐ドープ多孔性炭素に固定された孤立した単一鉄原子を酸素還元反応の効率的な電極触媒として用いる

概要 低コストで効率的かつ安定した酸素還元反応（ORR）用の電極触媒の開発は望ましいが、依然として大きな課題である。ここでは、最大2.16 wt %のFe含有量を持つ高反応性で安定な孤立した単原子Fe/N‐ドープ多孔性炭素（ISA Fe/CN）触媒を作成した。この触媒は、半波電位（E 1/2）が0.900 Vであり、商業用Pt/Cや現在報告されているほとんどの非貴金属触媒を上回る優れたORR性能を示した。さらに、0.85 Vでの非常に高い動的電流密度（J k）が37.83 mA cm −2であり、メタノール耐性も良好で、優れた安定性を持っていた。実験により、Feを孤立した原子として保持し、窒素を組み込むことが高性能を発揮するために不可欠であることが実証された。第一原理計算により、単一のFe原子が吸着したOH種に電子を輸送する効率が高いことが、高い反応性の要因であるとさらに説明された。