燃料电池和锌-空气电池的瓶颈在阴极氧还原反应（ORR）。传统单原子M-N-C催化剂受 OH*/OOH* 线性标度关系束缚，难以突破活性上限。双原子催化剂（DACs）因可提供相邻的两处吸附位点，将反应路径从缔合路径转变为解离路径，有望打破线性标度关系，实现活性的攀升。但常规的直接热解法制备的材料存在双原子、单原子、团簇/颗粒多态共存的现象，如何在宏观尺度上精准、可控地构筑高纯度DACs仍是技术难点。
近日，中国科学院长春应用化学研究所邢巍研究员、刘长鹏研究员和肖梅玲研究员团队提出了一种金属离子靶向配位（MITC）策略，用于可控合成异核DACs库。第一金属原子Fe通过联吡啶（bpy）配体在预构建的锌基金属有机框架 (MOF) 中选择性与氮配位。随后在氧气气氛中处理，其中裸露的氧原子作为锚定位点，通过强金属-氧配位相互作用与第二金属结合，形成双核基团。由于MOF骨架的限域作用以及Fe-O-M2配位结构的存在，保证了热处理后异核双金属位点（如FeCo、FeNi、FeMn和FeCu）的精准合成。 高纯度的DACs位点是研究构效关系的理想模型。原位拉曼光谱和理论计算证实，氧气在DACs上呈桥式吸附，能触发O-O键直接断裂，规避OOH*中间体形成，从而突破经典Sabatier火山型曲线的限制。由于协同催化效应，这些DACs的ORR性能远优于单原子催化剂。特别是FeCo DAC表现出优异的1.03 V的起始电位（Eonset）和0.93 V的半波电位（E1/2），甚至超过了Pt/C基准（1.03 V，0.89 V）。当应用在碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）时，在H2-O2条件下，FeCo DAC的峰值功率密度超过1.3 W cm-2，在H2-air条件下，更是实现了1.18 W cm-2的高功率密度，验证了双原子设计对打破线性标度限制的有效性。 论文信息 A Universal Metal Ion-Targeting Coordination Strategy for Precise Synthesis of Heteronuclear Dual-Atom Electrocatalysts for Oxygen Reduction Xue Wang, Youze Zeng, Pengbo Wang, Xukai Wang, Kai Li, Lanlu Lu, Prof. Jianbing Zhu, Prof. Changpeng Liu, Prof. Meiling Xiao, Prof. Wei Xing 文章的第一作者是中国科学院长春应用化学研究所的博士研究生王雪。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202509360
