Angew. Chem. ：铁酞菁聚合物纳米片纵向接枝于石墨烯作为高效氧还原催化剂

N配位的原子分散的Fe位点锚定在碳基体（Fe–N_x）被认为是最有前景的4e^–转移电催化氧还原反应（ORR）催化剂。铁酞菁（FePc）分子具备精确的四配位Fe–N₄中心及全共轭的化学结构被广泛用于制备无热解ORR型电催化剂。与FePc分子相比，铁酞菁聚合物（PFePc）可以提供更高的Fe位密度和更大的电导率。

近日，江西师范大学/南昌大学的陈义旺教授、南昌大学的袁凯教授和上海交通大学的庄小东教授合作，以PFePc为研究对象，受理论计算指导，在邻苯二甲腈功能化石墨烯表面经微波聚合原位生长PFePc，通过氢氧化钾液相剥离体相PFePc，制备得到PFePc纳米片纵向接枝于石墨烯（3D-G-PFePc）的多级次纳米片。得益于几何结构及电子结构调控，高位点暴露的3D-G-PFePc具有良好的电催化ORR活性和快速的动力学过程。

虽然传统的石墨烯和PFePc堆积复合结构可以提高材料的导电性，而提高ORR催化性能，但石墨烯和PFePc之间强大的电子相互作用可以进一步降低Fe位点中Fe中心的电荷密度。这种更明显的Fe中心缺电子状态会导致ORR动力学速率减缓。

因此，在氧气饱和的0.1 M KOH体系中，3D-G-PFePc展现出69.31 μA cm⁻²的高比活性，81.88 A g⁻¹的高质量活性，以及0.93 e s⁻¹ site⁻¹的转换频率，这些都优于传统的石墨烯和PFePc堆积对照样和商业Pt/C。

与传统的石墨烯和PFePc堆积复合结构相比，3D-G-PFePc具有更低的功函数，因而可以实现快速的电荷转移来加速更ORR动力学，这与Tafel斜率相对应。并且，原位扫描电化学显微镜也进一步证明了在3D-G-FePc上ORR的快速动力学。此外，基于无热解的3D-G-PFePc组装的液态和柔性准固态锌空气电池表现出优异的电池性能，具有高功率密度和长循环寿命。

论文信息

Longitudinally Grafting of Graphene with Iron Phthalocyanine-based Porous Organic Polymer to Boost Oxygen Electroreduction

Longbin Li, Xiannong Tang, Senhe Huang, Dr. Chenbao Lu, Prof. Dirk Lützenkirchen-Hecht, Prof. Kai Yuan, Prof. Xiaodong Zhuang, Prof. Yiwang Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202301642