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一種新型鐵基催化劑有望突破質子交換膜燃料電池（PEMFC）的“鉑金瓶頸”，為氫能大規模應用提供關鍵技術支撐。該成果由中國科學院過程工程研究所與深圳大學聯合團隊開發，近日發表于《自然》（Nature）雜志。 質子交換膜燃料電池可將氫能直接轉化為電能，具有能量轉化效率高、啟動快、零碳排放等突出優勢，是交通動力和分布式供能的重要發展方向。然而，其陰極氧還原反應嚴重依賴貴金屬鉑催化劑，導致成本高昂和資源限制，制約了產業化進程。 研究團隊創新設計出具有“納米限域空心多殼層結構”的單原子鐵催化劑（CS Fe/N-C）。該結構通過將鐵原子精準錨定在碳殼內表面，形成了獨特的“內激活-外保護”催化微環境。外層石墨化碳不僅有效調控反應中間體的吸附強度，還顯著抑制了有害自由基的生成，解決了非貴金屬催化劑穩定性差的共性難題。 先進光譜表征與理論計算表明，該催化劑中鐵活性中心呈特定的電子結構和配位環境，打破了傳統氧還原反應中間體吸附能的線性關系，從而同時實現了高活性與高穩定性。在實際燃料電池測試中，其功率密度達到0.75 W/cm2，連續運行300小時后性能保持率超過85%，綜合性能位居非鉑催化劑前列。 該研究不僅展示了一種具有應用潛力的新型鐵基催化劑，更為下一代高性能燃料電池催化劑的設計提供了原創性策略，有望加速氫能技術的產業化進程。 --《每日科學》網站（www.sciencedaily.com） |
