陜西
近日，西京學院材料與新能源學院雙碳技術研究所“降碳減污-協同增效”核心科研團隊馮祥波教授團隊在國際權威期刊《EnergyChem》(國際頂級能源化學期刊，IF=23.8，中科院1區TOP期刊)上發表題為《Tailoring single-atom catalysts for proton-exchange-membrane water electrolysis: From descriptors and design to optimization》的綜述論文，馮祥波教授為第一通訊作者，西京學院為第一完成單位。該文系統梳理了酸性條件下單原子催化劑在質子交換膜水電解中的應用進展，提出了一套以“描述符—設計—優化”為核心的理性設計框架，為綠色制氫技術的發展提供了重要的理論指導。
馮祥波教授團隊針對質子交換膜水電解(PEMWE)作為規模化綠色制氫核心技術，卻因嚴重依賴鉑、銥等稀缺貴金屬導致成本高昂、難以大規模推廣的行業痛點，在綜述中明確單原子催化劑是替代傳統貴金屬催化劑的重要方向，并首次提出基于“錨定機制”的分析框架，系統歸納出酸性單原子催化劑的四類構建策略，闡明了各類機制對應的配位結構、載體特性與穩定化原理。
文章系統剖析了單原子位點在酸性析氫反應和析氧反應中的反應路徑、電子結構描述符及其與催化活性和穩定性的內在關聯。結合密度泛函理論計算、原位表征技術和機器學習方法，論文提出了面向實際PEMWE工況的高活性、高穩定性SACs的協同優化策略。
綜述總覽圖
該綜述構建了一套完整的單原子催化劑從理論設計到實驗優化的方法論體系，不僅為能源催化領域研究人員提供了系統的理論工具和清晰的研究指南，也為未來低貴金屬、高耐久PEMWE催化劑的開發指明了核心方向。
單原子催化劑的界面調控與反應路徑
馮祥波教授表示：“我們希望這一理性設計框架能夠加速單原子催化劑從實驗室模型向實際電解槽器件的轉化應用，真正賦能綠色氫能產業的規模化發展”。
近年來，西京學院材料與新能源學院雙碳技術研究所緊密圍繞國家“碳達峰、碳中和”重大戰略需求，聚焦綠色氫能、高效催化、低碳轉化等前沿方向，持續推動基礎研究與工程應用的深度融合。該論文所提出的單原子催化劑理性設計框架，為降低質子交換膜水電解對貴金屬的依賴、提升規模化綠氫制備的經濟性與可持續性提供了關鍵理論支撐，將有力助推我國氫能產業的高質量發展與能源結構的綠色低碳轉型。
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