近日，昆明理工大学化学工程学院磷化工团队李金成教授联合中国科学院金属所刘畅研究员在燃料电池催化剂研究领域取得重要突破，相关成果以“A Molecular Engineering Strategy to Stabilize N-Bridged Bilayer Atomic Fe-N4 Sites on N-Doped Porous Carbon for Oxygen Reduction”为题发表于催化领域顶级期刊《ACS Catalysis》上。

燃料电池因具备能量密度高、安全性好、成本低、环境友好等优势，被视为极具潜力的下一代能源技术，但其规模化应用面临着铂贵金属催化剂成本高、活性和耐久性不足等关键瓶颈问题。Fe-N/C材料是当前最有发展前景取代铂的非贵金属催化剂，其活性位点为单原子FeN4配位结构。然而，单原子FeN4活性位点的本征活性仍低于铂，急需进一步提升。

基于此，本研究提出一种新颖的分子工程策略，通过静电吸附构建双金属分子团簇并对其进行限域热解，制备氮桥架双层金属-氮配位结构催化剂。例如，通过 [Fe(CN)6]3-与血红素中的Fe3+-N4经静电作用构建双金属分子团簇前驱体，经热处理可直接转化为氮桥联双层FeN4活性位点。所得氮桥联双层FeN4活性位点催化剂在酸性（0.815 V）与碱性（0.890 V）条件下均展现出优于单原子FeN4活性位点催化剂的催化性能。实验研究结合理论模拟，揭示了氮桥联双层 FeN4中的内层FeN4可有效调控表层 FeN4位点的电子结构，降低反应能垒，从而显著提升氧还原性能。最后将其应用于质子交换膜燃料电池与锌空气电池，展现出优异的电池性能。本研究为能源器件中高性能催化剂的设计、制备及其催化机制的研究提供了新的指导。

昆明理工大学化学工程学院为该项研究的第一完成单位，我院2022级硕士研究生陈毅龙与中国科学院博士后孟育为共同第一作者，李金成教授和刘畅研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、云南省优秀青年项目、中国博士后科学基金及的CPSF博士后奖学金计划资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c09128