近日，分子科学研究所在煤基Fe-N-C催化剂的超快规模化制备方面取得新进展，在国际期刊《ACS Nano》上发表了题为“Ultrafast Activity Tuning and Kilogram-Scale Synthesis of Fe–N–C Catalysts via Confinement-Engineered Joule Heating”的研究论文。山西大学分子科学研究所为第一单位，我所2023级博士研究生秦国斌为论文第一作者，朱胜副教授为通讯作者，韩高义教授和吕海港教授为该工作提供了指导和帮助。

该工作提出一种“限域闪速焦耳热”策略，实现了原子级分散Fe–N–C催化剂的超快合成与千克级规模制备。该方法的创新在于，利用煤基多孔碳的纳米通道预先限域铁酞菁（FePc）分子，再通过毫秒级超快焦耳加热，同步完成三重转化：（1）将分子级FePc精准转化为原子级分散的FeN4活性位点；（2）促进碳骨架高度石墨化，显著提升导电性；（3）优化活性位点的电子结构，从而增强催化性能。所制备的催化剂在碱性氧还原反应中表现出超越商业铂碳的活性与稳定性，并成功应用于高性能、长寿命的锌空气电池。此外，该技术路径可实现每小时0.5公斤级的连续量产，产物性能高度均一，为高性能单原子催化剂从实验室走向工业化应用提供了一条高效、经济且环境友好的技术路线。

图1. 限域闪速焦耳热技术用于Fe–N–C催化剂的超快合成示意图与电镜表征

该工作得到了国家自然科学基金和山西省自然科学基金的支持。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c00048