单原子铁催化剂在曲面载体上的酸性氧还原突破：实现高性能无铂族金属质子交换膜燃料电池

为解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)中铂族金属(PGM)催化剂成本高、Fe/N-C催化剂活性-稳定性难以兼顾的难题，研究人员开发出新型单原子Fe/N-C催化剂。该催化剂通过将Fe单原子位点嵌入二维碳层纳米突起的内曲面，显著削弱氧中间体吸附强度并降低羟基自由基产率，最终实现0.75 W cm?2的创纪录功率密度和300小时86%的稳定性，为无铂催化剂商业化应用提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了一种颠覆性的单原子铁催化剂设计策略。科研团队巧妙构建了具有纳米突起结构的二维碳载体，将铁单原子(Fe-SA)精准锚定在纳米突起的内曲面位置。这种独特的"曲面限域"结构带来双重优势：石墨化的外层碳壳能有效调控氧中间体(oxygenated intermediates)的吸附强度，同时显著抑制芬顿反应(Fenton reaction)产生的羟基自由基(OH·)。

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)测试中，这种Fe/N-C催化剂展现出媲美铂族金属(PGM)的性能：在1.0标准大气压的H₂-空气条件下，功率密度突破0.75 W cm^?2大关，更令人振奋的是经过300小时连续运行后仍保持86%的初始活性。该研究通过精准调控单原子铁位点的微环境，成功解决了传统Fe-N-C材料面临的活性-稳定性权衡(activity-stability trade-off)难题，为开发低成本、高性能燃料电池催化剂提供了新范式。