解析Fe-N4位点的形成机制对原子级分散铁-氮-碳（Fe-N-C）催化剂的合理、可控制备十分重要，然而目前的研究大多集中在氮-碳载体上Fe物种的演变过程，实际高温热解过程中的具体化学驱动因素仍然难以捉摸，对于热解过程中产生的大量气相组分与Fe物种的交织演变过程尚缺乏足够的研究。为此，我们设计了一种空间分离的化学蒸气热解法，深入探究了Fe-NC催化剂活性位点的形成机制。在热解过程中，H-C3N4分解产生的气相HCN与下游的Fe(NO3) 3/C发生反应，最终得到原子级分散的Fe-NC催化剂。通过对退火过程中不同温度阶段样品的系统表征，本研究成功解耦了Fe物种与N物种在热解过程中的协同演化机制。Fe前驱体在热解初期分解形成FeOx纳米颗粒。随着温度的升高，H-C3N4分解产生的HCN与FeOx纳米颗粒发生反应生成Fe-C≡N基团，打破了原有的晶格，促进了纳米颗粒的分解。同时，Fe物种又促进了HCN的解离，加速构建了富含吡啶氮位点的载体，最终驱动Fe物种完全转化Fe-N4位点。本章工作深入阐明了热解过程中Fe物种与N物种的交织协同演变过程，完善了对传统氮源作用的认知，确立了HCN在单分散位点形成过程中的主导地位。这一机理的发现为理解高温固相反应中的微观动力学提供了新视角，也为未来理性设计和精准调控高性能非贵金属电催化剂提供了重要的理论依据与实践指导。
相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.。
该研究工作第一作者为曹东旭博士生。工作得到国家重大科技项目（2022YFA1504500）、国家自然科学基金（22202164、92261207、22388102、22402164）、新基石科学基金会、福建省自然科学基金（2023J05006、2024J09006）和中央高校基本科研经费（20720230002、20720250005）的资助和支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c08417