武科大网讯 近日，皇冠体育,皇冠比分90vs化工学院青年教师马峰在质子交换膜燃料电池研究领域取得新进展，论文“Atomically dispersed Zn-Co-N-C catalyst boosting efficient and robust oxygen reduction catalysis in acid via stabilizing Co-N bonds”发表在自然科学综合期刊《Fundamental Research》上。《Fundamental Research》期刊是由国家自然科学基金委主管、主办的高水平综合性英文期刊，内容覆盖自然科学的多个学科领域。
论文第一作者为皇冠体育,皇冠比分90vs化工学院青年教师马峰博士，通讯作者为华中科技大学李箐教授，美国纽约州立大学布法罗分校Gang Wu教授和华中科技大学黄云辉教授作为共同作者参与了本研究。皇冠体育,皇冠比分90vs为论文第二完成单位。
质子交换膜燃料电池包含氧还原反应（ORR）和氢气氧化这两个半反应，其中ORR动力学较缓慢。目前商用的质子交换膜燃料电池常采用Pt基催化剂催化ORR过程，但由于Pt族元素高昂成本而难以大规模应用。过渡金属负载的氮掺杂碳材料（M-N-C）由于成本低廉以及较高初始活性而被认为最有可能替代Pt族催化剂。然而在实际工况条件下（高温、强酸性）由于金属溶出、H2O2副产物等因素影响，M-N-C催化剂的长期工作稳定性仍存在较大问题，限制了其进一步应用。
为了在改善现有M-N-C催化剂材料初始ORR活性的同时提升其结构稳定性，本研究制备了Zn/Co双组分原子级分散催化剂。通过对Co-N键键能的调控，优化得到了具有开放Zn/Co双位点局域结构（open-CoZn-N6/C）的Zn-Co-N-C催化剂。DFT计算表明，open-CoZn-N6/C局域构型与Co-N4/C以及其他催化位点相比，具有更负的形成能(-4.74 eV)和皇冠体育,皇冠比分90vs的金属原子与N原子之间的电子转移，与此同时ORR反应路径中的速控步骤的能垒也得到降低（相对于Co-N4/C降低了1.2 eV）。基于以上原因，open-CoZn-N6/C双位点的金属溶出和碳氧化能够得到抑制。ORR性能测试验证了该理论预测，性能最优的Zn-Co-(3:1)-N-C-800催化剂在酸性介质中不仅具有较高的半波电位（E1/2= 0.81 V vs. RHE），而且在高温强酸环境下体现出超强稳定性。在经历了15000次加速老化试验（ADT）以后无任何活性衰减。如此优异的电化学性能得益于Zn/Co双金属位点（1）增强了金属-氮原子之间的电荷转移，使得Co-N键被强化，（2）优化了d带重心，改善了ORR动力学。
马峰博士2020年入职皇冠体育,皇冠比分90vs化学与化工学院，目前以第一作者在《Fundamental Research》、《Joule》、《ACS Nano》、《Science Bulletin》等顶级期刊发表论文十余篇。入职以来，主持1项国家自然科学基金（22109121）和1项煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室开放基金重点项目（WKDM202204），并以骨干成员身份参与1项国家自然科学基金区域创新发展联合基金（U21A20317）和2项企业委托项目。2021年入选湖北省楚天学者计划（“楚天学子”）。（化工学院）