2026年政府工作报告明确将氢能列为绿色低碳经济新增长点。在这一战略背景下，氢燃料电池作为氢能高效利用的重要载体，是打通氢能产业链的关键支撑。当前质子交换膜燃料电池（PEMFC）高度依赖Pt族金属（PGM）催化剂，成本居高不下；阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）虽碱性环境可降低贵金属用量，但其氢氧化反应（HOR）动力学较酸性介质慢2至3个数量级，仍需高载量的贵金属以维持性能。如何在大幅降低贵金属用量的同时兼顾HOR活性、稳定性与抗中毒能力，成为氢燃料电池阳极材料亟待突破的核心瓶颈。

近日，青岛能源所多孔催化材料研究组联合功能膜与氢能技术研究中心、醇类燃料电池研究组，开发出低贵金属串联HOR催化剂（Ni@NCNi₁-Ru₁）。该催化剂以Ni纳米颗粒为内核，外层是负载单原子Ru、Ni的氮掺杂石墨层。性能测试表明（图1），其在酸、碱电解液中均表现高HOR活性；经2万圈加速耐久性测试后仍保持高活性，且抗CO中毒能力强。通过原位同步辐射、原位红外表征结合理论计算，证实了Ni颗粒可以解离氢气生成氢中间体，再迁移至Ru位点与吸附的羟基结合生成水，既规避了Ni在工作电位区间的氧化失活，也避免了碳层对活性位点的屏蔽，大幅提升了HOR效率。

图1. HOR性能测试

燃料电池器件测试表明，当阳极Ru载量仅为1 μg cm^-2时，AEMFC和PEMFC的峰值功率密度分别达到2.36和3.26 W cm^-2，且可以稳定运行200 h（图2）。值得一提的是，AEMFC阳极PGM的质量比功率达2360 W mg^-1，是商业PtRu/C阳极的109倍；搭配多孔催化材料研究组自研的Co基阴极催化剂，全电池在总PGM仅1 μg cm^-2的情况下仍实现1.32 W cm^-2的峰值功率密度。以上结果证明了该Ni@NCNi₁-Ru₁催化剂在氢燃料电池阳极材料中的应用潜力。

图2. AEM及PEM燃料电池稳定性测试

该研究通过构建核壳结构，分隔不同活性位点，利用中间体迁移实现协同催化，极大地提高了低贵金属载量下HOR的效率，有望为低成本燃料电池提供关键材料支撑。

相关成果以Tandem Catalysis for pH-Universal Hydrogen Oxidation in Fuel Cells为题发表在Angewandte Chemie International Edition。多孔催化材料研究组王文全博士、邓晓辉副研究员为共同第一作者；多孔催化材料研究组王光辉研究员、邓晓辉副研究员和功能膜与氢能技术研究中心江河清研究员为共同通讯作者。该工作得到山东省重点研发计划、国家自然科学基金国际（地区）合作研究项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、青岛新能源山东省实验室开放课题、欧洲区域发展基金及中国科学院国际人才计划等项目支持。（文/图 王文全）

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.3240574

W. Wang, X. Deng*, D.-C. Li, Z. Tian, Q. Zhang, J.-C. Tseng, W. Liu, Y. Shang, Y.-C. Shao, H. Ishii, M. Ostermann, C. M. Pichler, K. Chen, H. Jiang*, G.-H. Wang*. Tandem Catalysis for pH-Universal Hydrogen Oxidation in Fuel Cells. Angew. Chem. Int. Ed., doi.org/10.1002/anie.3240574.