近日，鄭州大學張佳楠教授團隊在質子交換膜燃料電池氧還原催化材料研究方面取得新進展。質子交換膜燃料電池是傳統內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重阻礙了質子交換膜燃料電池的可持續發展。盡管在開發先進Pt基催化劑以提高Pt的利用率和質量活性方面已經取得了很大的進展，但高活性和長壽命仍然是質子交換膜燃料電池亟待突破的核心問題。

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

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發表研究論文。論文第一作者為鄭州大學材料科學與工程學院博士研究生薛冬萍，通訊作者為材料科學與工程學院張佳楠教授，鄭州大學為唯一通訊單位。該研究得到了國家自然科學基金、河南省科技研發計劃聯合重點項目、鄭州大學人才項目等基金的支持。

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