近日，郑州大学张佳楠教授团队在质子交换膜燃料电池氧还原催化材料研究方面取得新进展。质子交换膜燃料电池是传统内燃机最有效和最清洁的替代品之一。然而Pt（铂）族金属催化剂的高成本严重阻碍了质子交换膜燃料电池的可持续发展。尽管在开发先进Pt基催化剂以提高Pt的利用率和质量活性方面已经取得了很大的进展，但高活性和长寿命仍然是质子交换膜燃料电池亟待突破的核心问题。

张佳楠教授团队构建了一种稳定的低Pt基电催化剂，其由原子级分散的Fe_SAs-N-C和超细PtFe纳米晶体组成。从电子水平来研究ORR中Ptd轨道自旋占据态的调控行为，并进一步开发了一种结合实时磁响应记录电化学反应、原位光谱学和理论计算分析策略来确定4e^-解离途径。该催化剂在0.9 伏下的质量活性比Pt/C高出约4.6倍，是2025DOE活性目标的1.7倍，在质子交换膜燃料电池中运行220小时没有明显的性能损失，远高于商业Pt/C（120小时电流密度损失60%）。该工作为通过自旋电子学水平工程设计高性能和低Pt催化剂提供了有价值的技术路线。

研究成果以“Spin occupancy regulation ofthe Ptd-orbital for a robust low-Pt catalyst towards oxygen reduction”为题在国际顶级期刊NatureCommunications发表研究论文。论文第一作者为郑州大学材料科学与工程学院博士研究生薛冬萍，通讯作者为材料科学与工程学院张佳楠教授，郑州大学为唯一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金、河南省科技研发计划联合重点项目、郑州大学人才项目等基金的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50332-x