武科大網訊 近日，我校化工學院青年教師馬峰在質子交換膜燃料電池研究領域取得新進展，論文“Atomically dispersed Zn-Co-N-C catalyst boosting efficient and robust oxygen reduction catalysis in acid via stabilizing Co-N bonds”發表在自然科學綜合期刊《Fundamental Research》上。《Fundamental Research》期刊是由國家自然科學基金委主管、主辦的高水平綜合性英文期刊，内容覆蓋自然科學的多個學科領域。

論文第一作者為我校化工學院青年教師馬峰博士，通訊作者為華中科技大學李箐教授，美國紐約州立大學布法羅分校Gang Wu教授和華中科技大學黃雲輝教授作為共同作者參與了本研究。我校為論文第二完成單位。

質子交換膜燃料電池包含氧還原反應（ORR）和氫氣氧化這兩個半反應，其中ORR動力學較緩慢。目前商用的質子交換膜燃料電池常采用Pt基催化劑催化ORR過程，但由于Pt族元素高昂成本而難以大規模應用。過渡金屬負載的氮摻雜碳材料（M-N-C）由于成本低廉以及較高初始活性而被認為最有可能替代Pt族催化劑。然而在實際工況條件下（高溫、強酸性）由于金屬溶出、H2O2副産物等因素影響，M-N-C催化劑的長期工作穩定性仍存在較大問題，限制了其進一步應用。

為了在改善現有M-N-C催化劑材料初始ORR活性的同時提升其結構穩定性，本研究制備了Zn/Co雙組分原子級分散催化劑。通過對Co-N鍵鍵能的調控，優化得到了具有開放Zn/Co雙位點局域結構（open-CoZn-N6/C）的Zn-Co-N-C催化劑。DFT計算表明，open-CoZn-N6/C局域構型與Co-N4/C以及其他催化位點相比，具有更負的形成能(-4.74 eV)和更多的金屬原子與N原子之間的電子轉移，與此同時ORR反應路徑中的速控步驟的能壘也得到降低（相對于Co-N4/C降低了1.2 eV）。基于以上原因，open-CoZn-N6/C雙位點的金屬溶出和碳氧化能夠得到抑制。ORR性能測試驗證了該理論預測，性能最優的Zn-Co-(3:1)-N-C-800催化劑在酸性介質中不僅具有較高的半波電位（E1/2= 0.81 V vs. RHE），而且在高溫強酸環境下體現出超強穩定性。在經曆了15000次加速老化試驗（ADT）以後無任何活性衰減。如此優異的電化學性能得益于Zn/Co雙金屬位點（1）增強了金屬-氮原子之間的電荷轉移，使得Co-N鍵被強化，（2）優化了d帶重心，改善了ORR動力學。

馬峰博士2020年入職我校永利6774app手机版官网，目前以第一作者在《Fundamental Research》、《Joule》、《ACS Nano》、《Science Bulletin》等頂級期刊發表論文十餘篇。入職以來，主持1項國家自然科學基金（22109121）和1項煤轉化與新型炭材料湖北省重點實驗室開放基金重點項目（WKDM202204），并以骨幹成員身份參與1項國家自然科學基金區域創新發展聯合基金（U21A20317）和2項企業委托項目。2021年入選湖北省楚天學者計劃（“楚天學子”）。