今天，NewMIT小编为大家带来深圳大学-中国科学院过程工程研究所-香港城市大学-北京化工大学-东南大学联合团队发表于Nature上的最新研究。本研究针对质子交换膜燃料电池（Proton-Exchange Membrane Fuel Cells， PEMFC）中的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）催化剂，提出了一种创新的曲面Fe/N–C催化剂，成功解决了Fe基催化剂在实际应用中活性不足和耐久性差的问题，为清洁能源领域提供了新的技术突破。

随着全球对可持续能源的需求不断增加，氢气作为理想的清洁能源载体，受到了广泛关注。PEMFC作为氢能源技术的核心，其催化剂的性能直接决定了氢气的利用效率。然而，当前的铂金属催化剂不仅昂贵，而且资源有限，这使得寻找替代的非贵金属催化剂成为亟待解决的关键问题。铁基催化剂由于其低成本和资源丰富的优势，成为了潜力巨大的替代材料，但其性能常常受到氧化中间体吸附过强及Fe位点失活等问题的限制。

本研究创新性地提出了一种曲面Fe/N–C催化剂，该催化剂通过在二维碳层上构建纳米突起结构，将Fe单原子嵌入其内层。这种曲面结构不仅有效防止了Fe位点的失活，还通过外层碳层的石墨化保护作用，减弱了氧化中间体的吸附强度，从而显著提升了催化剂的活性与稳定性。本研究的催化剂相比传统的平面Fe/N–C催化剂，表现出了更高的氧还原反应活性，并且在长时间操作后依然保持了较高的稳定性，展示了其在燃料电池中的优异性能。

通过这一创新的设计，本研究为未来开发高效、低成本的Fe基催化剂提供了新的思路，并为其他能源转化技术中非贵金属催化剂的应用开辟了新的方向。本研究的成果不仅为质子交换膜燃料电池催化剂的设计提供了理论依据，也为可持续能源技术的未来发展奠定了基础。

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