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研究进展，相关成果以“Manganese Single-Atom-Engineered TiO₂ Enables High-Performance Pt Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”为题发表在材料领域国际顶级期刊 《Journal of the American Chemical Society 》期刊上。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为氢能转化的重要装置，其性能主要受限于阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学，需要高效电催化剂来加速反应速率。Pt基催化剂因其对含氧中间体的近最优吸附强度，仍是酸性条件下ORR的基准催化剂。在实际应用中，Pt纳米颗粒通常分散在碳载体上形成Pt/C催化剂。然而，碳载体在高电位下易发生电化学腐蚀，导致Pt颗粒脱落、迁移和团聚，造成催化活性和耐久性的快速衰减。

针对上述问题，福州大学颜蔚研究员、张久俊院士团队通过单原子工程在TiO₂中引入原子级分散的Mn位点（Mn₁-TiO₂），作为局域锚定和电子调控中心。这些孤立Mn位点不仅可作为强锚定位点稳定Pt纳米颗粒、抑制其迁移和团聚，还可作为局域电子耦合中心，调变Pt的电子结构和吸附性质。单原子修饰将TiO₂从“被动结构支架”转变为“Pt-TiO₂界面的主动调控器”，实现了ORR活性和稳定性的协同增强。因此，Pt/Mn₁-TiO₂催化剂在酸性介质中表现出高达0.937 V（相对于RHE）的半波电位，且质量/比活性显著提高。在实际的H₂-O₂燃料电池中，其峰值功率密度达到2.37 W cm^-2，优于商业Pt/C催化剂，同时在长期运行过程中保持最小的性能衰减。这项工作为通过单原子界面工程实现氧化物负载Pt催化剂活性和耐久性的协同增强提供了一种通用策略。

我院青年教师庄泽文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：Zhuang Z, Chen J, Guo Y, et al. Manganese Single-Atom-Engineered TiO2 Enables High-Performance Pt Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells[J]. Journal of the American Chemical Society 2026. DOI: 10.1021/jacs.6c10619.

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c10619.