精確設(shè)計不對稱雙原子構(gòu)型并研究其電子調(diào)節(jié)效應(yīng)以提高氧還原反應(yīng)（ORR）性能對于陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）非常重要。基于此，北京理工大學(xué)王博教授，楊文秀副教授，馮霄教授（共同通訊作者）等人報道了一種Fe、Cu共摻雜二維晶體IISERP-MOF27納米片衍生的FeN₃O-CuN₄雙原子位點納米催化劑（FeCu-NC），用于AEMFC的陰極。

實驗結(jié)果和理論計算表明，F(xiàn)e-Cu雙原子位點的協(xié)同效應(yīng)可以誘導(dǎo)不對稱電子分布并優(yōu)化氧中間體的吸附/解吸能力。該FeCu-NC催化劑明顯提高了Fe利用率和位點密度，增強(qiáng)了本征活性，降低了活化能，超過了具有單獨Fe或Cu單原子的Cu-NC和Fe-NC。

這種高ORR本征活性在實際AEMFC運(yùn)行中也表現(xiàn)良好，F(xiàn)eCu-NC陰極可提供超高的動能電流（0.9 V時為0.138 A cm^-2）和額定功率（1.09 W cm^-2），超過了美國能源部2025年的目標(biāo)（0.9 V時為0.044 A cm^-2，>1 W cm^-2），并具有良好的耐久性（100 h的OCV測試）。

DFT計算表明，在FeN₃O和CuN₄上具有過強(qiáng)或過弱的*OH吸附，導(dǎo)致ORR的活性較低。對于FeN₃O-CuN₄，獲得了0.814 V的高工作電位，并且電位限制步驟為*OH→H₂O，表明獲得并引入了最優(yōu)的OH吸附能級。分波態(tài)密度（PDOS）表明，F(xiàn)e和Cu物種之間的協(xié)同作用可以破壞Fe-3d軌道的局域化，加速電子傳遞，優(yōu)化OH吸附，從而增強(qiáng)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.