随着社会的快速发展和化石燃料的大量消耗，人类面临着能源枯竭、气候变化和环境污染等一系列挑战。为应对这些危机，世界各国都在致力于开发和利用新的能源。其中，风能、潮汐能和太阳能等绿色能源受到了广泛关注[1]。然而，由于地理位置和季节性的变化，这些能源具有间歇性和不稳定性，因此需要高效的能源供应设备。金属空气电池具有电极材料成本低、安全性高和供电能力稳定的优势，成为最有前景的新能源技术之一[2][3][4][5][6][7]。然而，空气阴极上的氧还原反应（ORR）动力学有限且过电位较大，导致电池的能量转换效率和循环寿命降低。因此，开发高效稳定的ORR电催化剂对于推动这类能源转换技术的发展至关重要[8][9][10][11]。
目前，商用铂碳（Pt/C）催化剂仍是金属空气电池和氢氧燃料电池等燃料型设备的主流选择，但其广泛应用受到高成本、储量有限和稳定性差的制约[12][13][14][15]。因此，开发具有高ORR活性的非贵金属基催化剂对于金属空气电池的商业化至关重要。其中，金属氮掺杂碳（MNC）成为最有前景的候选材料[16][17][18]，甚至氮配位的金属单原子（M-N₄）也被认为是ORR的高活性位点。此外，许多其他形式如金属纳米颗粒[20][21][22][23]和金属碳化物[24][25][26][27][28]也被整合到MNC碳基质中，以协同增强金属单原子位点的ORR活性和稳定性。例如，封装Fe,N共掺杂碳多孔催化剂中的Fe/Fe₃C纳米颗粒[29]和嵌入氮掺杂碳纳米管[30]均表现出比无碳化物催化剂更好的ORR活性和稳定性。密度泛函理论（DFT）计算和差分电荷密度分析[31]表明，引入Fe₃C可以促进氧中间体与金属单原子位点之间的电子交换，显著降低ORR中速率决定步骤的能量障碍。然而，在高温碳热还原过程中，金属或金属碳化物纳米颗粒容易嵌入碳基质中，这会削弱这些纳米颗粒与MNC之间的协同效应。Bao的研究小组指出，只需三层以下的碳涂层即可提高碳包覆金属纳米颗粒的电催化性能[32][33][34]。
由于电催化反应发生在材料表面，因此表面锚定的纳米颗粒应能带来更好的电催化性能[35][36]。已有研究表明，熔盐辅助法可以有效防止在制备MNC催化剂过程中形成碳涂层纳米颗粒[37][38][39]。然而，熔盐辅助法通常需要大量使用无机盐，这些盐在高温下容易挥发，导致不可逆的浪费和固体污染。
在本研究中，采用熔盐辅助的两步热处理工艺首先将氧化铁锚定在ZnNC层状基底表面，从而使大部分熔盐溶解并得以回收。随后通过对无熔盐复合材料的高温退火处理，成功制备出了Fe@Fe₃C锚定的FeZnNC复合电催化剂。系统研究了熔盐和中等温度预处理对催化剂相结构及电催化性能的影响。此外，90%的熔盐可以回收并重新用于后续批次中制备FeZnNC/Fe@Fe₃C（x=1, 2），这些样品在ORR方面的相结构及电催化性能具有重复性。当作为锌空气电池的空气阴极时，FeZnNC/Fe@Fe₃C的性能优于商用Pt/C催化剂。这种可回收策略为高性能催化剂的合成提供了一种可持续的方法。
