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酞菁鐵（FePc）作為一種極具發展前景的非貴金屬催化劑，因其獨特的FeN₄位點而受到廣泛的關注。然而，平面對稱結構使FePc對氧還原反應（ORR）的催化性能不理想。

基于此，山西大學朱勝博士和南方科技大學楊烽副教授等人報道了一種新型的一維（1D）異質結構ORR催化劑，通過主客體化學將FePc偶聯在多金屬氧酸鹽封裝的碳納米管（FePc-{PW₁₂}@NTs）上。

在堿性介質中，FePc-{PW₁₂}@NT電催化劑表現出突出的耐久性、甲醇耐受性和ORR活性，具有0.90 V的高半波電位和30.9 mV dec^?1的低Tafel斜率。此外，組裝Zn-空氣電池具有280 mW cm^-2的超高功率密度、優異的充/放電性能和超過500 h的長期穩定性，優于商用Pt/C+IrO₂正極。

通過DFT計算，對比SWNT，{PW₁₂}@NT給FePc的電子更少，因為在雜化結構中，SWNT也給內部{PW₁₂}簇提供了部分電子以穩定它們。Bander電荷數據，SWNT和{PW₁₂}@NT傳遞的電荷分別為0.16和0.09 e，其中{PW₁₂}@NT對FePc的吸附能為1.72 eV，高于SWNT。

{PW₁₂}團簇在SWNT內部的包封引起了納米管的局部拉伸應變，調整了FePc的分子對稱性，使得雜化結構更加穩定。

此外，結構演化和電子定位可以調節Fe原子的電荷分布和配位環境，從而調節Fe-N₄中心的ORR催化活性。FePc和FePc-{PW₁₂}@NT催化劑的第4個還原步驟（*OH + H⁺→H₂O）是決定速率的步驟，而FePc-{PW₁₂}@NT的激活勢阱為0.45 eV，低于FePc。FePc-NT的第3個還原步驟（*O + H⁺→*OH）成為速率決定步驟，其激活勢壘為0.47 eV。

因此，具有應變和曲率效應的{PW₁₂}@NT的1D異質結構可以改善FePc的吸附，提高本征ORR活性。

Biaxially-Strained Phthalocyanine at Polyoxometalate@Carbon Nanotube Heterostructure Boosts Oxygen Reduction Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202309545.

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朱勝/楊烽Angew.：新型的一維異質結構，助力ORR

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