针对以上问题，在李玉良院士的指导下，青岛能源所黄长水研究员带领碳基材料与能源应用研究组设计了一种苯环中部分碳原子与氢相连的新型石墨炔基碳材料（HsGDY）催化剂。该材料的设计和实现是在研究组前期成功合成与应用大量石墨炔基材料的基础上完成的。相关成果已发表于国际著名期刊Nature Communications (Nat. Commun. 2018, 9, 3376)上，并被选为Highlight工作。

　　得益于HsGDY的独特结构，在对其进行后处理过程中，碳基材料与能源应用研究组准确控制了氮的掺入类型，选择性掺入对燃料电池阴极电催化最有效的吡啶氮原子，从而实现了优异的催化性能。同时，HsGDY具有六边形的大孔，其分子孔径达1.63 nm，有利于催化反应过程中反应物和产物的传质。通过电化学测试发现，吡啶氮掺杂的HsGDY在碱性条件下表现出了优于商业碳载铂催化剂的超高活性。其在0.85 V电位下的电流密度为商业碳载铂催化剂的1.6倍，同时具有比碳载铂更好的稳定性和抗甲醇中毒能力。吡啶氮掺杂的HsGDY作为新型燃料电池阴极催化剂替代传统铂基催化剂，展现了巨大的潜力。这种通过碳材料结构设计，实现异原子的准确掺杂的方法，也为制备其他掺杂型纳米材料提供了新的思路。

　　该研究得到了国家自然科学基金，中科院前沿重点项目，山东省自然科学基金的支持。（文/图 吕青）