近日，鄭州大學(xué)張佳楠教授團隊在質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原催化材料研究方面取得新進展。質(zhì)子交換膜燃料電池是傳統(tǒng)內(nèi)燃機最有效和最清潔的替代品之一。然而Pt（鉑）族金屬催化劑的高成本嚴(yán)重阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池的可持續(xù)發(fā)展。盡管在開發(fā)先進Pt基催化劑以提高Pt的利用率和質(zhì)量活性方面已經(jīng)取得了很大的進展，但高活性和長壽命仍然是質(zhì)子交換膜燃料電池亟待突破的核心問題。

張佳楠教授團隊構(gòu)建了一種穩(wěn)定的低Pt基電催化劑，其由原子級分散的Fe_SAs-N-C和超細(xì)PtFe納米晶體組成。從電子水平來研究ORR中Ptd軌道自旋占據(jù)態(tài)的調(diào)控行為，并進一步開發(fā)了一種結(jié)合實時磁響應(yīng)記錄電化學(xué)反應(yīng)、原位光譜學(xué)和理論計算分析策略來確定4e^-解離途徑。該催化劑在0.9 伏下的質(zhì)量活性比Pt/C高出約4.6倍，是2025DOE活性目標(biāo)的1.7倍，在質(zhì)子交換膜燃料電池中運行220小時沒有明顯的性能損失，遠(yuǎn)高于商業(yè)Pt/C（120小時電流密度損失60%）。該工作為通過自旋電子學(xué)水平工程設(shè)計高性能和低Pt催化劑提供了有價值的技術(shù)路線。

研究成果以“Spin occupancy regulation ofthe Ptd-orbital for a robust low-Pt catalyst towards oxygen reduction”為題在國際頂級期刊NatureCommunications發(fā)表研究論文。論文第一作者為鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生薛冬萍，通訊作者為材料科學(xué)與工程學(xué)院張佳楠教授，鄭州大學(xué)為唯一通訊單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、河南省科技研發(fā)計劃聯(lián)合重點項目、鄭州大學(xué)人才項目等基金的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50332-x