近日我院占省教授團隊楊博龍副教授與北京化工大學(xué)向中華教授、深圳大學(xué)王丹教授、東南大學(xué)王金蘭教授、香港城市大學(xué)劉彬教授和中國科學(xué)院過程工程研究所張鎖江院士團隊合作，創(chuàng)新性地設(shè)計并制備了一種具有中空多殼層結(jié)構(gòu)的單原子鐵催化劑（CS Fe/N-C），獲得同時具有高活性與穩(wěn)定性氫燃料電池性能。相關(guān)成果以“Acidic oxygen reduction by single-atom Fe catalysts on curved supports”為題，發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。
開發(fā)兼具高活性與高耐久性的非貴金屬電催化劑，是實現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）低成本、大規(guī)模應(yīng)用的核心挑戰(zhàn)。盡管Fe/N-C類催化劑被視為最有希望替代鉑族金屬的材料，但其在強酸性PEMFC工作環(huán)境下的活性和穩(wěn)定性一直難以滿足要求。針對這一難題，合作團隊創(chuàng)新性地設(shè)計并制備了一種具有中空多殼層結(jié)構(gòu)的單原子鐵催化劑（CS Fe/N-C）。該催化劑均勻分布在二維碳層上，單原子鐵活性位點主要嵌入在納米突起的內(nèi)側(cè)彎曲表面。我院楊博龍副教授在該突破性研究中負責(zé)了該新型催化劑在實際質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）工況下的器件性能評估、優(yōu)化與穩(wěn)定性提升工作。研究團隊通過動態(tài)電-質(zhì)耦合模型分析方法，強化催化層傳質(zhì)，使活性中心充分暴露，對CS Fe/N-C催化劑在燃料電池工況下的性能進行了系統(tǒng)探索。測試數(shù)據(jù)直接證實了CS Fe/N-C催化劑在真實、嚴苛的工作環(huán)境下，能夠驅(qū)動電池輸出接近實用化水平的功率密度，顯著優(yōu)于以往報道的大多數(shù)非鉑Fe/N-C催化劑，為未來應(yīng)用于實際燃料電池系統(tǒng)提供了堅實的實驗基礎(chǔ)和性能標桿。
（撰稿人：楊博龍 審核：武占省）
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09364-6
楊博龍，中共黨員、西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院副教授。2024年6月獲北京化工大學(xué)博士學(xué)位，2024年9月入職西安工程大學(xué)，主要研究方向集中在氧電催化劑的可控制備以及能源催化器件的高效構(gòu)筑。目前發(fā)表高水平論文30余篇，以第一作者或通訊作者身份在Advanced Materials, Nano energy, ACS Nano等國際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文18篇。主持國家自然科學(xué)基金青年基金（C類）、西安市青年人才托舉計劃、陜西省教育廳自然科學(xué)專項、西安工程大學(xué)“青年拔尖人才”等項目，參與科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金國際合作重點項目、中石油化工研究院以及金川集團等企業(yè)橫向項目。申請發(fā)明專利3項。擔(dān)任Journal of energy storage、Fuel、Materials letters等期刊審稿人。
