聚焦领域难题！东南大学，再发Nature！

摘要：近日，东南大学物理学院王金兰、凌崇益团队与中科院过程所、清华大学、香港城市大学等单位合作，在燃料电池催化剂设计方面取得新进展，相关成果以《曲面铁单原子催化剂的酸性氧还原反应》（Acidic oxygen reduction by single-atom Fe

近日，东南大学物理学院王金兰、凌崇益团队与中科院过程所、清华大学、香港城市大学等单位合作，在燃料电池催化剂设计方面取得新进展，相关成果以《曲面铁单原子催化剂的酸性氧还原反应》（Acidic oxygen reduction by single-atom Fe catalysts on curved supports）为题发表于Nature。东南大学物理学院凌崇益教授为论文共同第一作者，王金兰教授为共同通讯作者。

质子交换膜燃料电池被认为是实现碳中和的重要能源技术，但目前其商业化仍受到阴极氧还原反应催化剂的制约。近年来，Fe/N–C单原子催化剂表现出巨大潜力，有望取代传统铂基等贵金属催化剂，却同时面临两个突出问题：一方面，关键中间体之间存在“线性标度关系”，难以同时优化，活性受限；另一方面，铁原子容易在酸性环境中发生脱落，导致催化性能迅速衰退，稳定性不足。因此，如何同时兼顾高活性与高稳定性，是该领域长期亟待解决的科学难题。

针对上述挑战，研究团队与合作者设计、合成了多层、曲面Fe/N–C单原子催化剂。基于理论计算，团队外层石墨化碳壳层可产生额外静电排斥力，有效削弱氧还原反应中间体的结合强度。同时，电荷以及与外壳层距离的不同，会导致不同中间体所受到的排斥作用不同（0.63–1.55eV），从而打破传统的“线性标度关系”，理论过电位显著降至0.34V，催化活性大幅提升。此外，弯曲表面结构能够改变O-O键与O-Fe键的相对强度，促进四电子还原途径，从而有效阻止羟基自由基（OH·）的大量生成，延缓铁位点的失活，催化稳定性显著提高。在5cm2单电池测试中，该催化剂展现出目前报道的最优综合性能：在1.0barH2-air条件下，峰值功率密度达0.75Wcm-2；经303小时恒压运行后，仍保持86%的初始电流。

这一成果再次彰显了东南大学在相关领域的科研实力。近年来，东南大学在多个学科领域持续发力，多篇顶刊论文的发表更是有力地证明了学校在前沿科学研究中的卓越成就。

今年年初，学术权威期刊《自然》（Nature）评选、发布了19张“2024年度最佳科学图片”（The best science images of 2024—Nature’s picks）。东南大学田磊研究员的科研成果“噬菌体微米级仿生鲜花”的图片入选，位列第二。

5月，东南大学团队在Nature和Science上接连发表文章。东南大学物理学院与丘成桐中心刘正文教授应Nature邀请，以《黑洞散射计算实现里程碑式精度》为题，发表了对解析相对论精度前沿的评论，文章评述了同期封面论文《高精度黑洞散射中卡拉比-丘流形显现》。

东南大学能源与环境学院肖睿教授、张会岩教授领衔的绿色能源团队在国际顶尖学术期刊《科学》（Science）上发表了题为“Revolutionize textile recycling（革新废纺回收）” 的Letter文章，针对全球日益严峻的废纺等高分子固废问题，提出了创新性的见解与解决方案，呼吁通过跨学科、跨地域协同创新，构建高效、绿色的高分子固废回收定向热转化新范式。

6月，东南大学生命科学与技术学院首席教授林承棋团队在哺乳动物器官发育领域，以“小鼠早期器官发生期完整胚胎数字重建”（Digital Reconstruction of Full Embryos During Early Mouse Organogenesis）为题发表在国际权威学术期刊《细胞》（Cell）上。