北理工《AEM》：一种新式催化剂助力完成高效阴离子交流膜燃料电池！

  阴离子交流膜燃料电池（AEMFC）已被视为处理环境和动力问题的最有用战略之一。氧复原反响（ORR）是 AEMFC 的要害步骤，但其动力学功能较差。原子过渡金属 TM-N4-C（TM = Fe、Co、Ni 等）资料因其金属利用率高、成本低和清晰的 M-N4 配位环境而作为远景宽广的 ORR 催化剂遭到广泛重视。但对称电荷散布的 TM-N4 物质对 ORR 相关物质（*OH、*O 和 *OOH）的吸附能较低，导致 ORR 活性有限。准确规划不对称二原子构型并研讨其电子调理效应以进步氧复原反响（ORR）功能，关于阴离子交流膜燃料电池（AEMFC）十分重要。

  图 1. 铁铜镍铬合金的组成与表征。a) 组成进程；b) TEM 和c) AC HAADF-STEM 图画（单原子和双原子别离以绿色虚线圆圈和赤色虚线圆圈标出）；d) 铁和铜双原子的核算散布和 e) 核算间隔；f) 图 1c 中 A 区和 B 区的间隔；g) HAADF-STEM 和相应的元素图谱图画。

  综上所述，本研讨准确地构建了一种具有 FeN3O-CuN4 显微结构的新式FeCu-NC 双原子催化剂。试验成果和理论核算证明，Fe-Cu 双原子位点的协同效应可诱导非对称电子散布，优化氧中间体的吸附/解吸才能。这种 FeCu-NC 催化剂明显进步了铁的利用率和位点密度，增强了本征活性，降低了活化能，超过了独自运用铁或铜单原子的 Cu-NC 和 Fe-NC。这种高ORR 本征活性在实践的 AEMFCs 运转中也表现出色，FeCu-NC阴极可提供超高的动能电流（0.9 V 时为 0.138 A cm-2）和额定功率（1.09 W cm-2），超过了美国动力部 2025 年的方针（0.9 V 时为 0.044 A cm-2，大于 1 W cm-2），而且具有十分杰出的耐久性（100 小时的 OCV 测验）。此外，FeCu-NC 阴极在锌-空气电池（ZABs）中放电/充电循环运转 400 小时也证明了它的耐用性。DFT 核算标明，铁中心邻近键合的铜原子能够优化铁-3d 电子分出，加快铁铜-NC 的电子传输，来进步其 ORR 活性。这种令人鼓舞的活性进步是为开发 H2-O2燃料电池而开发可行的原子过渡金属-N-C 催化剂的要害一步。（文：SSC）