陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）的發展需要研究高能非自由基催化劑的電子構型和中間體吸附行為，以解決陰極氧還原反應（ORR）動力學緩慢的問題，但這仍然是乙個巨大的挑戰。
這裡蘇州大學閆成林、南通大學錢濤等報道了一種稀土金屬氧化物工程策略，通過在N，O摻雜的碳奈米球（Fe3O4 la2o3@n，O-CNSS）中形成Fe3O4 La2O3異質結構來實現高效的電催化氧還原。 結果表明，在LA o FE異質結處形成的介面鍵有效地優化了Fe D能帶中心相對於費公尺有序的電子結構，從而顯著降低了ORR過程中限速步驟的反應勢壘。
對中間產物化學吸附的調控使Fe3O4 la2o3@n，O-CNSS具有優異的ORR效能和更高的穩定性，半波電位值（0.88 V）。在AEMFC的實際操作條件下，催化劑的功率密度高達1487 MW cm-2，高於商用PT C耦合電極。
圖1DFT 計算
綜上所述，本工作開發了摻雜N，O碳奈米球的Fe3O4 La2O3奈米顆粒，並將其設計為高效的ORR電催化劑。 實驗表明，La2O3的引入對鐵的活性位點產生了顯著的電子調製作用，使鐵的D波段中心向下移動到費公尺能級，對氧相關中間體具有適度的吸附行為，從而降低了反應能壘，提高了整個ORR過程的本徵活性。 同時，多孔N，O-CNS的0D多孔奈米球結構和高比表面積有利於充分暴露碳基體中更多的活性位點，有利於縮短電子和質量傳遞路徑。
因此，Fe3O4 la2o3@n，O-CNS具有優異的ORR效能（半波電位為0.88 V）和耐久性。相應地，Fe3O4 la2o3@n，O-CNS電極使AEMFCS達到148峰值功率密度為 7 MW cm-2，在長達 100 小時的時間內具有出色的迴圈穩定性。 因此，本工作可以促進高催化、高穩定性的稀土金屬氧化物改性Fe-N-C催化劑的發展，使其在AEMFCS中得到應用。
圖2電化學性質
tailoring the chemisorption manner of fe d-band center with la2o3 for enhanced oxygen reduction in anion exchange membrane fuel cells,advanced functional materials2023 doi: 10.1002/adfm.202309886