DOI：10.1016/j.jcis.2019.12.120
金属（Fe/Co）、氮共掺杂碳是一类重要的氧还原反应（ORR），可以通过对过渡金属大环化合物（TMMs）进行热处理来获得。然而，在TMMs的简单热解过程中，以金属原子（M-N4）为主要活性中心的N4螯合物很容易被破坏，形成无机金属物种。本文采用静电纺丝法制备了含少量氯化血红素（盐酸血红素（III），TMMs）的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维。通过预氧化和热处理，将电纺纳米纤维转变成Fe、N共掺杂的碳纳米纤维（Fe-N-CNFs）。PAN大分子可以阻止氯化血红素在热解过程中的聚集。Fe元素图表明，Fe物种可能以单个原子形态存在。Fe-N-CNFs的Fe-K边X射线吸收精细结构光谱证明，Fe-N4部分已被成功保留。Fe-N-CNFs的X射线光电子能谱表明，Fe-N4分子量随着血红素含量的增加而增加。因此，与Pt电催化剂相比，Fe-N-CNFs对ORR的催化活性更高。此外，Fe1-N-CNFs比Pt/C具有更高的稳定性和耐甲醇性。
图1.Fe1-PAN-NFs（a）和Fe1-N-CNFs（b）的扫描电镜图像，（c）Fe1-N-CNFs、Fe2-N-CNFs的XRD图谱，（d）Fe1-N-CNFs的氮气吸附-解吸等温线和尺寸分布（插图）。
图2.Fe1-N-CNFs的TEM（a）和HRTEM（b）图像，Fe（c）和Fe、N（d）对应的EELS元素映射，（e）Fe1-N-CNFs和氯化血红素的Fe元素 K边XAFS谱，（f）Fe1-N-CNFs、氯化血红素和Fe箔的EXAFS谱。
图3. Fe1-N-CNFs的C1（a）、N1s（b）和Fe2p（d）的XPS高分辨率光谱，（c）以氯化血红素的质量百分比计算的吡啶型N&Fe-N4（吡咯）和Fe-N4（吡啶）在Ntotal和原子含量中的比例。
图4.（a）Fe1-N-CNFs、CNFs和Pt/C（1600 rpm）在O2饱和的0.1 M KOH中的LSV曲线，（b）Fe1-N-CNFs在O2饱和的0.1 M KOH中在不同转速下的LSV曲线以及不同电势下的电子转移数（插图），（c）由（图4b，1600 rpm）衍生的Fel-N-CNFs的塔菲尔极化曲线，（d）Fe1-N-CNF和Pt/C在O2饱和的0.1 M KOH中以1600 rpm在0.7 V（vs.RHE）的i-t曲线。
图5.（a）Fe1-N-CNFs在O2饱和的0.1 M HClO4中的LSV曲线，以及在不同电势下的电子转移数（插图），（b）Fe1-N-CNFs和Pt/C（1600 rpm）在0.1 M HClO4中的LSV曲线，（c）Fe1-N-CNFs和Pt/C在O2饱和的0.1 M HClO4和0.1 M HClO4与1 M甲醇（400-1000 s）中以1600 rpm在0.56 V（vs.RHE）的i-t曲线。
