近日，我校赌博网站
李慧齐助理教授（张雷特聘教授团队）与美国康奈尔大学Héctor D. Abruña院士团队合作，在阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）催化剂设计领域取得重要突破。相关成果以“Rational design of high-performance low-loading oxygen reduction catalysts for alkaline fuel cells”为题发表于《Nature Materials》期刊上。李慧齐助理教授为论文第一作者，深圳大学为第二单位。
氢能燃料电池是实现零碳能源的重要途径，其中基于碱性介质的AEMFCs因允许使用更丰富、低成本的催化材料，为未来氢燃料电池的推广带来了可能。然而，限制其发展的关键瓶颈仍在于氧还原反应（ORR）动力学缓慢，而当前对 ORR 机理的认识主要来源于酸性体系，在碱性条件下并不适用。
在酸性体系中，一个常用的 ORR 描述符是氧或羟基物种（*O 或 *OH）的吸附能。Sabatier 原理指出，催化剂活性在中等吸附能时最高，这构成了典型“火山图”的基础，并被广泛用于预测和设计 Pt 基 ORR 催化剂。在酸性环境中，由于 Pt 的氧吸附能偏强，通过削弱吸附能可以有效提升其 ORR 活性。然而，这一规律在碱性体系中并不适用。例如，Pd 在酸中因氧吸附过强而表现不如 Pt，但在碱性中却反而具有更优的 ORR 活性。这一差异体现了电解质 pH 对 ORR 动力学的重要影响，因此有必要重新评估现有的催化剂设计原则。尽管已有一些工作尝试解释这一现象，但目前对于金属表面碱性 ORR 活性的主控因素仍缺乏共识。
针对这一难题，李慧齐助理教授与美国康奈尔大学Héctor D. Abruña院士团队等提出了一个适用于碱性介质的“修正火山图”模型，将吸附态 OH 的覆盖度（Θ*OH）和界面电场等关键因素纳入考虑。该模型预测：在碱性体系中，引入拉伸应变将提升 Pt 的 ORR 活性。基于这一思路，研究者构筑了一种三明治式的 PdHx@Pt 纳米片（NS）催化剂结构。将具有 {111} 晶面的 Pt 纳米片生长在 PdHx 基底上，不仅引入了拉伸应变和高比表面积，也同时改善了 Pd 基的氧化稳定性。
该 PdHx@Pt NS 催化剂在碱性介质中展现出远超商业 Pt/C 的活性（质量活性提高 49 倍）。在H2–O2燃料电池测试条件下，该阴极催化剂在仅 10 μg cm-2 的极低负载下即可实现 1.67 W cm-2 的峰值功率密度；当阴阳极总催化剂负载降低至 60 μg cm-2 时仍能保持 1.3 W cm-2，创下当前文献报道中最低铂族金属 （PGM）用量下的燃料电池性能纪录。进一步优化后，该体系可达到 21.7 W mg⁻¹ PGM 的峰值比功率密度，催化剂总成本仅 1.27 美元 / kW，全面超越美国能源部（DOE）制定的铂族金属用量与成本目标。
这一成果展示了从机理认知到结构设计再到电池验证的完整科学路径，为构建下一代高性能、低成本燃料电池催化剂提供了新思路。
论文链接：//www.nature.com/articles/s41563-025-02422-4
