近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在电催化研究方面取得重要阶段性进展，相关成果以“Unraveling the effects of atomic cluster and transition-metal oxide support on the superior oxygen reduction reaction performance of single-atom catalysts”为题发表于材料类国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》期刊上（影响因子19.0，中科院一区）。

非贵金属氮碳单原子催化剂（TM-SACs，TM=Fe、Co、Ni、Mn）具有TM-Nx活性位点，展现出高本征氧还原反应活性、最大原子利用率和独特的电子结构，是很有前景的Pt/C替代品。然而，其实际应用面临挑战，尤其是长期耐久性不足。在本文中，成功将钴原子簇（Co AC）和氧化锆复合到钴单原子催化剂中，形成Co-SA/AC@ZrO₂催化剂。该催化剂在半波电位方面达到了0.88 V，并且在60小时的耐久性测试后仍保持了95.2%的电流密度，优于所有近期报道的以钴为单活性位点的催化剂。计算和原位实验表明，其优越性能可归因于钴原子簇和氧化锆，它们使钴单原子的dz²、dxz和dyz轨道上移，从而增强了对*OOH的吸附，进而抑制了过氧化氢的生成。更重要的是，催化剂的稳定性与*O和*OOH的吸附能差（ΔE_ad/*O-*OOH）高度相关。通过比较Co-SA/AC@TiO₂和Co-SA/AC@HfO₂进一步验证了这种相关性。这些发现有助于合理设计应用于氧还原反应的耐久单原子催化剂。

我院23级博士生许陈晖为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文得到福州大学颜蔚研究员、张久俊院士的共同指导。

文章信息: Chenhui Xu, Lingfei Li, Haishan Liu, Maojun Pei, Jiacheng Chen, Kaian Sun, Yun Zheng, Yao Liu, Zewen Zhuang, Wei Yan* and Jiujun Zhang* Adv. Funct. Mater. 2025, Accepted Manuscript.

文章链接：DOI: 10.1002/adfm.202515702.