哈工大王振波教授团队在改善氢燃料电池阴极氧还原催化剂研究领域取得重要进展

哈工大全媒体（梁英爽 王振波/文 王振波/图）近日，我校化工与化学学院王振波教授团队在氢燃料电池电催化剂研究领域取得重要进展，团队运用偶极子的电场效应改善了阴极氧还原催化剂的活性和稳定性，研究成果以《运用高能p轨道引起的偶极效应增强Fe-N-C电催化剂酸性氧还原反应活性》（Dipoles Effect in Fe-N-C Catalyst byHigh-energy p Orbitals for Enhanced Acidic Oxygen Reduction Reaction）为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究成果有望为氢燃料电池中新一代阴极催化剂的设计及应用提供新思路。

在各类电化学转换器件中，氢燃料电池清洁高效，使用该电池是实现“双碳”目标的重要手段。然而，由于阴极催化剂在高电流及长期运行条件下难以维持稳定，阻碍其大规模发展。

王振波教授团队通过在FeN4活性中心附近引入与N原子具有相同价电子数的N族原子形成偶极子，运用偶极子的电场效应改善阴极催化剂的活性和稳定性。理论研究结果表明，N族原子的引入提高了Fe的自旋极化，打破了Fe位点附近电荷对称性，并随着周期数的增加，Fe原子3d轨道发生了电子重排。实验结果表明这种偶极子的引入提高了Fe-N-C催化剂的活性和稳定性，以此催化剂组装的质子交换膜燃料电池表现出较高的峰值功率密度。该设计方案有望解决阴极催化剂活性不足的问题，为高活性非贵金属阴极催化剂的设计与开发提供了理论指导。

偶极电场提高氧还原反应活性

哈工大为论文第一通讯单位。化工与化学学院博士研究生杨晨为论文第一作者。化工与化学学院王振波教授、赵磊教授、张云龙副教授和深圳大学博士后沈力晓为共同通讯作者。化工与化学学院博士研究生刘博、戴昀昆、张子钰、徐小淳、张文超、郭盼、刘冰，哈尔滨工程大学博士研究生赵子刚，河北科技大学陈爱兵教授为论文共同作者。

该研究获国家自然科学基金、山东省重点研发计划、黑龙江省自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202520210