第一作者：Jia-Qi Lv, Zhong-Ling Lang, Jia-Qi Fu

通讯作者：Hong-Ying Zang, Ding-Ding Ye, Carsten Streb

通讯单位：东北师范大学, 重庆大学, Johannes Gutenberg University Mainz

研究内容：

氧还原反应是一个关键的能量转换过程，对燃料电池和金属空气电池的高效运行至关重要。在这里，我们报道了商用铂碳电催化剂在含有多氧阴离子[Fe₂₈(μ₃-O)₈(L-(-)tart)₁₆(CH₃COO)₂₄]^20-的水溶液(pH 5.6)中工作时的ORR性能显著提高。机理研究为氧化铁团簇在ORR过程中的性能改进作用提供了初步的见解。该系统的技术部署通过并入直接甲酸盐微流控燃料电池(DFMFC)进行了演示，与参考电解液相比，该电池的性能有了显著的提高。这项研究首次提供了氧化铁团簇在电化学能量转换和存储方面的例子。

要点一：

要点二：

图1. (a) Fe₂₈ 的球棒表示法； (b) Fe₂₈ 的多面体表示，显示了由四个酒石酸盐连接的 Fe₇ 建筑单元组装而成的轮状结构。

图2.  (a) Pt/C 工作电极在含有不同量 Fe₂₈ 的 O₂ 饱和水溶液中的 RDE-LSV；(b) 使用未改性玻璃碳工作电极的 Ar 饱和 Fe₂₈ 水溶液 (50 mM) 的 CV；请注意，Fe₂₈ 在用于 ORR 研究的 ORR 电位范围内是氧化还原沉默的（蓝色虚线，1.1 V 至 0.5 V vs RHE）；(c) 使用未改性玻璃碳工作电极在 Ar 饱和或 O₂ 饱和水溶液中放大 Fe28 (50 mM) 的 CV，显示在氧气存在下没有显着的 ORR 催化电流；(d) 含 50 mM Fe₂₈ 或 50 mM 磷酸盐缓冲液的氧饱和水溶液中 Pt/C（转速 1600 rpm）的 RDE-LSV 对比分析；(e) Pt/C 在 50 mM Fe₂₈ 水溶液或 PBS 溶液中的电化学阻抗谱 (EIS) 数据；(f) 用于研究 ORR 选择性的旋转环盘电极 (RRDE) 伏安法；显示的是 Pt/C 工作电极在 50 mM Fe₂₈ 水溶液中的 H₂O₂ 产率和电子转移数 (n)。

图3. (a) PBS 和 Fe₂₈ 水溶液的吸氧研究； (b) (b) Pt/C 在 1600 rpm 在含有 50 mM PW₁₁、P₂W₁₅、PW₉、PBS 和 Fe₂₈、EDTA-Fe 和 L-酒石酸-Fe 的水溶液中的 LSV。

图4.  (a) 使用的直接甲酸微流控燃料电池 (DFMFC) 的方案。(b) 基于电池电压（封闭符号）和电池功率密度（空心符号）的 PBS 或 Fe₂₈ 阴极溶液（50 mM）的 DFMFC 电池性能。条件：阳极溶液：含有 HCOOH (2 M) 的 H₂SO₄ (1 M) 水溶液。催化剂负载量：阴极 Pt/C (20 %)，3.5 mg·cm^-2；阳极：Pd颗粒，5 mg·cm^-1。阴极/阳极溶液流速：200μL·min^-1。

图 5. 与 Fe₇ 模型催化剂结合的 OH、O 和 OOH 中间体的优化几何构型。颜色代码：Fe：蓝色，C：灰色，O：红色，H：白色。(b) 0 V 时 Fe₇ 和 Pt (111) 上 ORR 的自由能图（相对于标准氢电极，SHE）。

参考文献

Lv, J. Q.;  Lang, Z. L.;  Fu, J. Q.;  Lan, Q.;  Liu, R.;  Zang, H. Y.;  Li, Y. G.;  Ye, D. D.; Streb, C., Molecular Iron Oxide Clusters Boost the Oxygen Reduction Reaction of Platinum Electrocatalysts at Near-Neutral pH. Angew Chem Int Ed Engl 2022.