西北工业大学Nature Commuications发表西北工业大学韩云虎教授课题组亲氧Ru和W单原子全面提升超细Pt纳米颗粒碱性HOR性能

目前，阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）在大规模商业化应用方面仍存在诸多限制因素。其核心挑战源于阳极的碱性氢氧化反应（HOR）动力学迟滞问题，并且现有催化剂体系不仅存在贵金属铂（Pt）负载量过高的问题，还面临一氧化碳（CO）毒化效应显著和稳定性不足等缺陷。因此，开发价格低廉、具备高效催化活性和良好稳定性的HOR催化剂，具有重要的意义。一方面，将Pt的尺寸减小至纳米簇甚至使其成为单分散的原子，可在降低贵金属用量的同时，充分暴露催化活性位点以提升反应效率。另一方面，引入亲氧物种与Pt形成合金，能够显著优化Pt基催化剂对反应中间体羟基（OH^–）的吸附强度，进而提升整体的碱性HOR活性。基于此，通过巧妙设计兼具原子级分散Pt位点与亲氧物种调控的复合催化体系，有望在质量活性、长期稳定性及抗CO毒化能力等关键性能指标上实现全面提升，为推进AEMFCs的实际应用奠定基础。

西北工业大学韩云虎教授课题组在碱性氢电催化领域取得重要进展，研究团队通过焦耳热两步热解的方法制备了负载在W单原子修饰的多孔氮掺杂碳上的超细单原子合金Ru₁Pt纳米颗粒（s-Ru₁Pt@W₁/NC）。该电催化剂在碱性电解质中展现出良好的HOR活性，在50 mV（vs.RHE）下其质量活性高达7.54 A mg_Pt+Ru^-1，并且在纯H₂环境下稳定运行1000个小时后，电流密度仅衰减24.60%。并且，在1000 ppm CO/H₂的环境中，s-Ru₁Pt@W₁/NC经过5000秒运行后，电流密度衰减了17.10%，而商业Pt/C和PtRu/C分别在运行1850秒和2780秒后完全失活。DFT计算表明，Ru和W的引入降低了H结合能，增强了OH结合能，促进了碱性HOR过程中的Volmer反应。近程的Ru原子和远程W原子共同调节了Pt纳米颗粒的碱性HOR活性。研究成果以“All-round enhancement induced by oxophilic single Ru and W atoms for alkaline hydrogen oxidation of tiny Pt nanoparticles”为题发表在化学领域国际顶级期刊Nature Communications上，西北工业大学韩云虎教授和奥克兰大学王子运为本文的共同通讯作者。在读硕士研究生焦文胜、崔智博，奥克兰大学在读博士生任章豪，清华大学马超为该论文的共同第一作者。

该研究得到了国家自然科学基金，中央高校基础科学研究资金，陕西省自然科学基金青年项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56240-y

（文字：焦文胜 审核：王学文）