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由于清洁能源的波动性、电网的调控及移动电源等需求，能量储存和转换是科研界研究的热点。电催化氧还原（ORR）、氧析出（OER）和二氧化碳还原（CO2RR）在能量储存和转换过程中起了非常关键的作用。但由于ORR、OER和CO2RR催化过程是多电子过程，其过高的过电位是目前研究面临的挑战，因此需开发新型高效催化体系。
超细纳米团簇因其量子尺寸效应，可以通过调控纳米团簇与载体之间的相互作用优化并调控催化性能。纳米团簇与有机分子相互作用在自然界酶催化系统中普遍存在，受自然界酶催化活性中心点的启发，
我们利用自组装方法，通过在石墨烯上负载1-2层铁酞菁有机分子，随后利用自组装方法进一步合成了超细纳米氧化物团簇。TEM、AFM等表征手段证明FeOx、CoOx、NiOx超细纳米团簇为大小约2纳米厚度为1-3个原子层的薄片结构（如图1A-B），这些超细纳米团簇均一的负载在铁酞菁功能化石墨烯上(结构示意图如图1C)。结合XPS和NEXAFS分析表明，FeOx、CoOx、NiOx主要以氢氧化物或者氧化物的形式存在，且超细纳米氧化物团簇与铁酞菁之间存在明显的电子转移效应，证明了超细纳米氧化物团簇与铁酞菁之间较强的相互作用。有意思的是，铁酞菁具有超强的氧化还原电子转移活性，其能够实现Fe(0)↔Fe(IV)零价到四价的可逆转换。铁酞菁和纳米团簇复合物能够明显降低OER和ORR的Tafel斜率。铁酞菁超强的接收和提供电子能力能够改变超细纳米团簇的电子分布，从而为多电子电催化过程提供电子，促进催化反应动力学过程，实现铁酞菁与超细纳米团簇的高效协同催化。该研究证明铁酞菁可在电催化过程中作为电子受体和供体，调控电子接收和提供能力可实现多电子高效催化。
图1.  FeOx、CoOx、NiOx超细纳米团簇负载于铁酞菁功能化石墨烯上
A) TEM图和B) AFM图。
a）铁酞菁负载在石墨烯上；
b) FeOx;
c) CoOx;
d) NiOx超细纳米团簇负载于铁酞菁功能化石墨烯上。
值得注意的是，由于铁在铁酞菁中往往以二价或者三价稳定存在，当铁在电催化过程中转换成为Fe(0)时（CO2RR环境下），其得到两个电子使得铁原子的半径增大，从而导致铁原子从铁酞菁的平面结构中凸出来，尤其是当在CO2RR还原过程中，生成的CO对铁原子具有将强的吸附作用，从而致使铁酞菁失去金属铁原子而去金属化。有意思的是，超细纳米团簇中的Co和Ni原子能够迅速取代Fe原子，在CO2RR还原过程中原位形成钴酞菁和镍酞菁。电化学原位形成的钴酞菁和镍酞菁与纳米团簇协同作用下促进CO2RR活性。同理，当铁酞菁中的铁转换为Fe(IV)时（OER），其失去电子后将导致铁原子的半径变小，从而在OER过程中去金属化而导致OER稳定性欠佳。幸运的是，钴和镍的超细纳米团簇能够在OER过程中快速的捐赠电子给铁酞菁，从而使其稳定在Fe(III)状态，实现稳定高效OER。
图2. Fe、Co、Ni超细纳米团簇负载在铁酞菁功能化石墨烯的CO2RR、ORR和OER催化反映机制示意图
铁酞菁负载碳纳米管（FePc-CNTs）
荧光FITC标记大环化合物(冠醚、环糊精、葫芦脲、杯芳烃衍生物、卟啉、酞菁）
氧化石墨烯@锌酞菁(GO@ZnPc4TG)纳米杂化材料
氨基酸包裹酞菁共组装纳米载体囊泡
偶氮苯短棒状介孔SiO2@TiO2复合材料
光敏剂酞菁锌修饰细胞穿膜肽八聚精氨酸(R8)
RGD多肽偶联的酞菁硅光敏剂
RGD多肽掺杂聚吡咯-铟锡氧化物(RGD-ITO)
RGD多肽偶联的酞菁硅光敏剂
CAS:147-14-8;酞菁铜(II) (β-型)
金纳米粒子(Au NPs)包裹导电聚苯胺(PANI)
Au/聚(3,4-二氧乙基)噻吩核壳结构的复合纳米粒子
聚吡咯修饰的金纳米棒PPY-GNRs
聚苯胺/纳米银复合材料PANI@AgNPs
聚吡咯-纳米银复合材料(AgNPs-PPY)
希土三层酞菁配合物有序超分子复合材料
晶态层状苯乙烯基膦酸-磷酸氢锆(ZPPVPA)
四磺化酞菁锌修饰牛血清白蛋白-(ZnPcPS4-BSA)
四-(对羧基苯氧基)酞菁钴(p-HPcCo)
四磺化酞菁锌修饰人血清白蛋白(ZnPcPS4-HSA)
芳基苄醚树枝配体酞菁锌(Ⅱ)配合物(ZnPc(COOH)4
磺酸基酞菁/石墨烯静电自组装薄膜
新型树枝状结构的超支化金属酞菁( ZnPc)
二氯酞菁锡(IV) 二氯酞菁锡 cas：18253-54-8
阳离子铝酞菁-血卟啉单甲醚缔合物
(α-(8-QLO)PcZn)疏水性新型光敏剂
酞菁-苝酰亚胺功能染料
三氟乙氧基取代酞菁化合物
四(三氟乙氧基)酞菁铕配合物
苯胺及其季铵化酞菁光敏剂
苯胺酞菁(Zn Pc1)/季铵盐(Zn Pc2)酞菁
含酰亚胺结构超支化酞菁复合材料
酞菁/碳纳米管复合材料
超支化金属酞菁@纳米钛酸钡颗粒
金属酞菁/聚芳醚腈功能复合材料
金属酞菁/石墨烯复合材料
异戊烷氧基等酞菁/石墨烯复合材料
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石墨烯修饰铜酞菁纳米GO/3-CuPc复合材料
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氨基酸修饰锌酞菁与牛血清白蛋白复合材料
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