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2026 article

Self-Polymerized Perfluorinated Iron Phthalocyanine/Carbon Nanotube Catalyst with Integrated Mass-Transport Channels for Efficient Oxygen Reduction

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Rattachement africain : cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract Fe–N–C single-atom catalysts are among the leading nonprecious-metal candidates for the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells, but their performance in membrane electrode assemblies is constrained by poor active-site utilization and sluggish mass transport within the catalyst layer. These limitations arise, in part, because the high-temperature pyrolysis used to prepare Fe–N–C materials introduces structural heterogeneity, making it difficult to engineer porosity and surface chemistry without perturbing the active site. Here, we synthesized a perfluorinated iron phthalocyanine polymer catalyst (FePPCF16/CNT) by self-polymerizing FePcF16 monomers directly on carbon nanotube surfaces. The resulting macrocyclic polymer retains a well-defined Fe–N4 coordination environment, as verified by X-ray absorption and photoelectron spectroscopy, while the CNT support withdraws electron density from the Fe center through π–π conjugation, shifting the iron oxidation state upward and decreasing the high-overpotential Tafel slope from >160 to ∼91 mV dec−1. The perfluorinated backbone renders the catalyst strongly hydrophobic (water contact angle: 128.2°), preventing liquid water from blocking gas pores while maintaining the water accessibility required for cathodic ORR. Concurrently, the interstitial voids and mesopores generated by CNT templating and polymerization create dedicated O2 diffusion pathways, as confirmed by rapid bubble-uptake tests, while the interconnected pore network sustains OH– conduction through the ionomer-filled interstices. In an operating anion exchange membrane fuel cell, FePPCF16/CNT-0.75 delivers a half-wave potential of 0.90 V and a peak power density of 386 mW cm−2, with negligible voltage loss in the mass-transport-limited regime above 200 mA cm−2. These results demonstrate that self-polymerized macrocyclic catalysts can integrate electronic activation, ionic connectivity, and gas-transport pathways within a single material, without the structural heterogeneity introduced by pyrolysis.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Self-Polymerized Perfluorinated Iron Phthalocyanine/Carbon Nanotube Catalyst with Integrated Mass-Transport Channels for Efficient Oxygen Reduction
Date Crossref
14/09/2026
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Zhejiang University Ningbo Global Innovation Centre pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Chongqing University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Ningbo University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of Nottingham Ningbo China pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Ningbo Global Innovation Centre — Zhejiang University, Chongqing University et Ningbo University, avec 1 autre affiliation.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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