图1 (a) pt-Fe原子对在0.95 V催化氧还原反应的质量活性和比活性；(b) pt-Fe原子对在氢氧燃料电池中的极化曲线；(c) 单位点pt和pt-Fe原子对的催化ORR反应机理示意图

在国家自然科学基金项目（批准号：22161142002、21978200、22008170）等的资助下，天津大学邹吉军教授、潘伦副教授团队联合韩国首尔大学Jongwoo Lim副教授团队，在电催化氧还原催化体系取得进展。研究结果以“含有pt-Fe原子对的超低铂含量pt/Fe2O3氧还原催化剂（pt/Fe2O3 with pt-Fe pair sites as a catalyst for oxygen reduction with ultralow pt-loading）”为题，于2021年5月21日在《自然?能源》（Nature Energy）在线发表，论文链接https://www.nature.com/articles/s41560-021-00826-5。

氧还原是燃料电池和锌空电池的关键反应，该反应的催化剂主要为贵金属pt。降低pt的用量对燃料电池的大规模应用具有重要意义。单位点pt具有最高的pt利用率，但其对氧分子的解离活化性能不佳，通常表现出较低的活性和选择性。

研究人员将pt原子负载在Fe2O3 (012)晶面（pt负载量为0.13wt%），成功构建了pt-Fe原子对。研究发现在强电子耦合作用下Fe的电子转移至pt，形成了部分占据d轨道，垂直基面的dz2轨道使pt-Fe和O的轨道重叠最大化，高效协同催化O-O解离，同时OH*中间体在pt位快速解吸，克服了“氧还原反应”吸附能比例关系的限制。在碱性条件下，该催化剂的起始电位和半波电位分别为1.15V和1.05V，质量活性达14.9 A [email protected] V。在锌空气电池和H2-O2燃料电池测试中，该催化剂在能量密度和pt利用率方面也明显优于20% pt/C催化剂。

该研究成果将单位点催化剂扩展为原子对催化剂，克服了单位点pt催化剂的缺点，为氧还原反应提供了一种很有前景的低成本高效催化剂，并为新型原子对催化剂的设计提供了新的思路。