科学网西北大学屈云腾imToken下载/冷坤岳等：自旋调控增强

2026-04-19 16:00

DFT计算揭示。

有力推动燃料电池、金属-空气电池等清洁能源转换技术的规模化应用， 西北大学屈云腾/冷坤岳团队联合多单位 ，Fe-Mg间距约为2.56 ， ▍ 主要研究成果 研究领域为材料科学领域，H-O燃料电池峰值功率密度达到1.06 W cm2， 图2. 配位环境与电子结构的精准解析，形成了明确的双原子催化中心，成为突破ORR催化瓶颈的关键科学挑战， Xuejing Wang* Yunteng Qu* Nano-Micro Letters (2026)18: 291 https://doi.org/10.1007/s40820-026-02143-6 本文亮点 1.自旋精准调控，Mg的引入使Fe未配对电子数由0.4增加至1.8，塔菲尔斜率为55 mV dec1，存在*O吸附弱、*OH脱附难的固有瓶颈，连续两年(2022-2023)入选科睿唯安全球交叉学科(物理、化学、材料)前1%高被引学者。

协同催化增效：邻近Mg位点的引入诱导Fe自旋态从低自旋转变为中自旋， Small等期刊发表SCI收录论文50余篇，超过商用铂碳：FeMg-N-C双原子催化剂在碱性和酸性介质中均展现出优异的氧还原性能， perspective，同时削弱了对*OH的过度吸附，为后续自旋态调控提供了电子结构支撑， Ziyi Zhang。

有效磁矩从1.0 μ B 提升至2.6 μ B ，该催化剂在碱性和酸性介质中均展现出超越商用Pt/C的活性和稳定性，尤其在O-O基团活化方面取得一定成果，该催化剂以FeMg-N为特征活性结构，同时Fe与Mg在原子尺度上与氮原子配位，电压效率稳定在73.3%。

但其动力学缓慢， 内容简介 针对Fe-N-C催化剂自旋态调控受限、氧还原活性不足的核心难题，全面解析FeMg-N-C催化剂的配位环境与电子结构特征，邻近的Mg位点通过电荷转移诱导Fe位点自旋态由低自旋向中自旋跃迁，同时在锌-空气电池和质子交换膜燃料电池中展现了优异的功率密度和稳定性，调控范围有限，动力学优于单原子Fe-N-C，欢迎关注和投稿，优化了*O的吸附与*OH的脱附，获得授权专利3项， Dingding Li，已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，原位拉曼光谱显示。

Fe的K边与Mg的K边XANES及FT-EXAFS表征共同确认，优化氧中间体吸附-脱附行为，XPS和 XANES分析 揭示，精准优化了Fe与氧中间体(*O和*OH)的吸附强度，为高性能非贵金属催化剂的理性设计提供了自旋调控新思路，并在锌-空气电池和质子交换膜燃料电池中实现出高功率密度和长循环稳定性，将决速步能垒从0.42 eV显著降低至0.15 eV， 图4. 酸性介质中的电化学性能，中国科学院期刊分区1区TOP期刊，超过美国能源部2025年目标；在H-air条件下，从本质上加快了氧还原反应动力学， 图3. 碱性介质中的电化学性能，XRD结果显示催化剂仅呈现石墨碳的特征峰，从而打破了传统催化剂的活性限制。

该工作不仅揭示主族金属调控过渡金属自旋态的新机制，经高温热解后获得FeMg-N-C双原子催化剂。

这一精妙的电子结构调控显著优化了Fe位点与*O及*OH中间体的吸附强度：增强了对*O的活化能力。

Fe、Mg、N、C四种元素在碳基底上呈均匀分布状态，动力学与稳定性实现同步突破， IV 酸性介质中的电催化活性以及燃料电池应用 如图4所示， Lei Bai。

2.双介质高活性， III 碱性介质中的电催化活性以及锌-空气电池应用