AEM：通过不对称Fe-Cu双原子构型优化Fe-3d电子离域，实现高效阴离子交换膜燃料电池氧还原性能

精确设计不对称双原子构型并研究其电子调节效应以提高氧还原反应（ORR）性能对于阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）非常重要。基于此，北京理工大学王博教授，杨文秀副教授，冯霄教授（共同通讯作者）等人报道了一种Fe、Cu共掺杂二维晶体IISERP-MOF27纳米片衍生的FeN₃O-CuN₄双原子位点纳米催化剂（FeCu-NC），用于AEMFC的阴极。

实验结果和理论计算表明，Fe-Cu双原子位点的协同效应可以诱导不对称电子分布并优化氧中间体的吸附/解吸能力。该FeCu-NC催化剂明显提高了Fe利用率和位点密度，增强了本征活性，降低了活化能，超过了具有单独Fe或Cu单原子的Cu-NC和Fe-NC。

这种高ORR本征活性在实际AEMFC运行中也表现良好，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），超过了美国能源部2025年的目标（0.9 V时为0.044 A cm^-2，>1 W cm^-2），并具有良好的耐久性（100 h的OCV测试）。

DFT计算表明，在FeN₃O和CuN₄上具有过强或过弱的*OH吸附，导致ORR的活性较低。对于FeN₃O-CuN₄，获得了0.814 V的高工作电位，并且电位限制步骤为*OH→H₂O，表明获得并引入了最优的OH吸附能级。分波态密度（PDOS）表明，Fe和Cu物种之间的协同作用可以破坏Fe-3d轨道的局域化，加速电子传递，优化OH吸附，从而增强其ORR活性。

Optimizing Fe-3d Electron Delocalization by Asymmetric Fe-Cu Diatomic Configurations for Efficient Anion Exchange Membrane Fuel Cells. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202302719.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202302719.