纳米催化材料体系的筛选与其千克级制备及性能评估数据集

过渡金属氮碳（M-N-C）催化剂作为最佳的氧催化剂之一，对碱性燃料电池的阴极氧电极至关重要。本研究针对碱性燃料电池阴极氧还原反应（ORR）关键材料需求，基于具有良好结构的封闭π共轭酞菁基本征共价有机聚合物（COP），直接合成了一系列原子分散的Fe-N-C催化剂，这些催化剂具有连接到相同FeN4位点的各种纯碳环境。结合密度泛函理论揭示了碳基质电子构型对FeN4位点本征活性的调控机制，提出了通过共价键接碳环境优化提升ORR性能的新策略，为规模化制备打下坚实基础。突破性采用超重力反应器强化传质过程，通过亚微米级液滴破碎实现分子级均匀混合。利用自主设计的流化床装置，可以有效解决传统合成中的接触不均匀问题。最终成功建立全套量产工艺，实现公斤级高性能Ls-COPBTC-F催化材料（1.1 kg）和FeCo-N-C双金属催化剂（1.4 kg）的宏量制备。该研究为开发高活性、可定制化非贵金属氧催化剂提供了理论依据与工程解决方案，对推进燃料电池关键材料产业化具有重要应用价值。