隨著人類社會(huì)的發(fā)展，全球能源的消耗和氣候變化等問題都引起了人們的廣泛關(guān)注，因此尋找可替代的清潔能源已經(jīng)迫在眉睫。其中，燃料電池是一種通過氫氣和空氣的電極反應(yīng)生成水直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，不需要充電，不會(huì)產(chǎn)生廢氣，因能量轉(zhuǎn)換效率高（達(dá)60 %-80 %）和環(huán)境友好等優(yōu)越性受到人們的關(guān)注，被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的清潔能源發(fā)電技術(shù)。雙原子催化劑由于其獨(dú)特的電子和幾何結(jié)構(gòu)，使得其在一些重要的化學(xué)反應(yīng)中通常會(huì)表現(xiàn)出意想不到的催化活性。Fe,Co雙原子催化劑作為燃料電池的陰極催化劑，不僅降低的燃料電池催化層的成本，且在載量小于1 mg cm-2的條件下最高輸出功率密度為0.51 W cm-2為商業(yè)鉑碳的76 %。

吳宇恩教授課題組，以鋅鈷雙金屬M(fèi)OF作為前驅(qū)體，通過雙溶劑法吸附鐵鹽，在高溫環(huán)境下，F(xiàn)e 3+被周圍石墨化的C逐漸還原并與鄰近的Co成鍵，從而形成Fe,Co雙金屬活性位點(diǎn)。同時(shí)，F(xiàn)e催化載體生成氮摻雜的石墨化碳，并分解釋放C和N的碎片，加速金屬-咪唑-金屬鍵的斷裂，從而迫使MOF內(nèi)產(chǎn)生空隙。最終在Kirkedall的作用下形成了空洞結(jié)構(gòu)。通過球差電鏡，同步輻射，穆斯堡爾譜等多種手段表征了該雙原子材料是Fe,Co成鍵并與周圍N配位的結(jié)構(gòu)。通過理論計(jì)算表明Fe-Co鍵的存在更有利于O-O鍵的斷裂，該結(jié)構(gòu)使得催化劑在氧還原反應(yīng)中有很高的活性。在酸性氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出半波電位為0.863 V, 起始電位為1.06 V, 且0.9 V 下的電流密度為2.842 mA cm-2, 并穩(wěn)定循環(huán)5萬圈的優(yōu)異性能。在氫氧燃料電池中最高輸出功率高達(dá)0.98 W cm-2。在氫空燃料電池中最高輸出功率0.51 W cm-2并穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)以上。是目前已報(bào)道非Pt催化劑中，該雙原子材料的氫空燃料電池的性能最高，并將已有的最高活性提高20 %。

這一研究成果成功應(yīng)用雙原子催化劑作為燃料電池的陰極催化劑，大幅度降低燃料電池中的催化層成本，是燃料電池領(lǐng)域的重大突破，為燃料電池的商業(yè)化發(fā)展提供了可能，有望對未來燃料電池汽車的發(fā)展帶來全新的啟示。

上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家科技部等項(xiàng)目的資助和支持。