8月13日，北京化工大學(xué)向中華教授團(tuán)隊與深圳大學(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(tuán)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。

燃料電池性能圖

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(tuán)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。

我校向中華教授團(tuán)隊在該突破性研究中負(fù)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(tuán)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(jìn)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(yán)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(biāo)桿。

此項發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的研究成果，是多單位緊密合作、協(xié)同創(chuàng)新的典范。我校向中華教授團(tuán)隊?wèi){借其在燃料電池領(lǐng)域的深厚積累與所開發(fā)的動態(tài)電-質(zhì)耦合過程強化技術(shù)，為該突破性進(jìn)展做出了重要貢獻(xiàn)，也為推動下一代低成本、高性能燃料電池的發(fā)展邁出了堅實一步。

 向中華教授個人簡介 

向中華，北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授、博導(dǎo)，國家重點研發(fā)計劃項目負(fù)責(zé)人，國家青年科學(xué)基金B(yǎng)類，北京市杰青基金獲得者。2007年獲湘潭大學(xué)學(xué)士學(xué)位；2013年獲北京化工大學(xué)博士學(xué)位；2013~2014年在美國凱斯西儲大學(xué)博士后；2014年至今在北京化工大學(xué)工作。主要從事燃料電池氧還原催化與工程。近年來在Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Science Adv.、Nature Commun.、AIChE J.等SCI期刊發(fā)表論文130余篇。授權(quán)發(fā)明專利21件，其中6件已轉(zhuǎn)讓。牽頭承擔(dān)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、金川集團(tuán)等橫向委托研發(fā)項目。獲2024年度北京市科技獎人物獎——杰出青年中關(guān)村獎； 2024國際發(fā)明家協(xié)會聯(lián)合會（IFIA）最佳發(fā)明獎；教育部自然科學(xué)一等獎（2/4）；中國可再生能源學(xué)會優(yōu)秀科技人才獎；中國化工學(xué)會第九屆侯德榜化工科技青年獎；2017年入選第三屆中國科協(xié)青年人才托舉工程。任eScience、Green Chemical Engineering、Chinese Chemical Letters等期刊青年編委；中國可再生能源學(xué)會青年工作委員會副主任；中國可再生能源學(xué)會氫能專業(yè)委員會委員；中國化工學(xué)會國際學(xué)術(shù)交流工作委員會委員；北京市青年科技人才協(xié)會理事等。

來源：北京化工大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院