近日，太阳能研究所在Nature Index选定期刊《Advanced Functional Materials》（SCI一区，IF：18.808）上在线发表论文“Nitrogen-Doped Bimetallic Carbide-Graphite Composite as Highly Active and Extremely Stable Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media” (Adv. Funct. Mater. 2022, 2204031)。江苏大学为该论文的第一单位，闫早学副教授为第一/通讯作者，姜志锋教授和胡卓锋副教授为共同通讯作者。

低温燃料电池的整体动力学受到缓慢的阴极ORR的限制，这需要大量使用贵金属作为活性中心来克服这一动力学障碍。然而，贵金属催化剂的稳定性相对较差，且贵金属在地壳中的储量非常低。因此，发展高活性、高稳定性以及原料来源丰富的非贵金属ORR催化剂对低温燃料电池的可持续发展至关重要。目前，高活性和高稳定性的非贵金属催化剂已获得长足进展。然而，在进行1000-30000次循环后，非贵金属催化剂的活性明显降低，这主要是由于活性中心的碳腐蚀和脱金属。

在1300-1400 ℃高温合成的双金属碳化物，具有非常高的电催化稳定性以及利于催化ORR的给电子能力。类似地，双金属氮化物作为ORR催化剂也具有非常高的稳定性。受双金属碳化物和双金属氮化物的高活性和高稳定性的启发，本文力求结合双金属碳化物和双金属氮化物两者的优点，在1300 °C和700 °C两步合成了掺氮双金属碳化物-石墨复合材料（N-Fe₂MoC-GC）。该N-Fe2MoC-GC在碱性和酸性介质中均具有优异的ORR活性和稳定性，在很大程度上克服了非贵金属催化剂活性和稳定性不足的问题。在H₂/O₂碱性燃料电池中，N-Fe₂MoC-GC在70000次循环后保持了92.9%的初始峰值功率密度（1.12 W cm^-2），是迄今为止报道的最活跃、最稳定的非贵金属催化剂之一。Fe和Mo向N和C的电子转移是产生优异活性的关键。石墨基体和Fe₂MoC晶体固有的化学稳定性，以及电子转移引起的各组分之间的强相互作用力，是N-Fe₂MoC-GC具有优异电催化稳定性的原因。在未来的工作中，有必要提高N-Fe₂MoC-GC的比表面积和物料传输性能以改进其活性，并有必要进一步探索N-Fe₂MoC-GC在酸性介质中的活性。

该工作得到国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204031