青年教师马峰在《Fundamental Research》发表研究成果

　武科大网讯 　近日，谈球吧官网登录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。

　　论文第一作者为谈球吧官网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。谈球吧体育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) 和更多的金属原子与 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 年入职谈球吧官网化学与化工学院，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”）。