近日，美高梅集团4688am“功能生物材料与分析新方法”研究团队在材料科学国际权威期刊《Small》（JCR Q1区，中科院TOP期刊，IF2019=11.459）发表题为《基于生物质衍生的FeOx纳米颗粒负载氮掺杂多孔碳复合材料（FeOx@NPC）用于氧还原反应的电催化、动力学和机理研究》（Electrocatalytic, Kinetic, and Mechanism Insights into the Oxygen-Reduction Catalyzed Based on the Biomass-Derived FeOx@N-Doped Porous Carbon Composites）的研究论文。此研究为多氧还原（ORR）催化剂的设计提出新的见解，在生物质废弃物资源化利用方面奠定了理论基础，在氧还原电催化剂方面取得新进展。
在众多ORR催化剂中，贵金属铂基材料及其合金的催化活性最为突出，但其储量稀少、价格昂贵、低甲醇耐受性、稳定性较差的特征阻碍了其在燃料电池大规模应用进程。因此，将丰富且可持续的天然生物质材料转化为低成本、高性能ORR催化剂具有重要意义。研究团队创新采用双模板（Mg5(OH)2(CO3)4/NaCl）辅助高温热解方法，将废弃生物质-橡果壳和天然铁源-血红素转变为FeOx@NPC复合材料，在酸性和碱性介质中均表现出较高催化活性，可与商业Pt/C催化剂相媲美。同时，通过密度泛函理论（DFT）计算表明Fe3O4纳米粒子与arm-GN（扶手椅边缘的石墨N）活性中心的相互作用能有效地提高ORR的电催化性能和结构稳定性。
美高梅集团4688am青年教师鲁志伟和生物资源化学专业硕士生陈金鹏为论文共同第一作者，饶含兵教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、四川省科技厅项目和美高梅集团4688am学科建设双支计划的支持。
图1 Hemin/NPC-X催化剂在碱性条件下ORR性能的比对（A-D）以及Hemin/NPC-900催化剂稳定性结果展示（E-F）
图2 DFT理论计算：（A）arm-GN和(B)arm-GN/Fe3O4的ORR侧面图；在酸性条件下ORR过程中（C）arm-GN和（D）arm-GN/Fe3O4的自由能图谱
