近期，田新龙教授团队在《Advanced Science》（IF = 17.521）发表题为“Understanding the bifunctional trends of Fe-based binary single-atom catalysts”的研究论文。海南大学化学工程与技术学院博士后李瑞松为论文第一作者，吴道雄副研究员、邓培林副教授、田新龙教授为论文共同通讯作者。

单原子催化剂（SACs）在多相催化中表现出优异的催化活性与选择性。特别是在燃料电池应用领域，高质量Fe-SACs已经被证实能够满足美国能源署对非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池中的2018年性能指标。与单金属SACs相比，双金属单原子催化剂（BSACs）可构建桥联的异核双金属原子位点，具备可调控的活性中心与金属键合，因而呈现出更好的催化活性与稳定性。基于Fe-SACs的高本征催化活性，搭建FeM BSACs的数据库、揭示FeM BSACs的性能增强机制、实现高质量FeM BSACs的可控制备对推进燃料电池的产业化具有很好的现实意义。

鉴于此，海南大学田新龙教授团队首先利用密度泛函理论（DFT）分析了前过渡金属（Sc、Ti、V、Cr）和后过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）对FeM-N₆模型中Fe位点的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）活性的影响规律，从而预测了FeM-N₆C的双功能ORR与OER活性火山图。同时，利用一种普适性制备方法合成了10种具有代表性的原子级分散的双金属FeM-NC催化剂（M = Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn），电化学测试结果表明后过渡金属对FeM-NC双功能活性的优化更佳，这一结果与DFT预测结果高度一致。优化后的FeCu-NC催化剂，不仅在三电极测试系统中展示出优异的ORR、OER活性与稳定性，而且在锌-空气电池中的最大输出功率达到了231 mW cm⁻²，充-放电循环300 h后的效率衰减仅为0.2%。

该工作得到了海南省自然科学基金（222MS006, 221RC1017, 522QN281），国家自然科学基金（22109034, 22109035, 52164028, 52274297），海南大学科研启动基金（KYQD(ZR)-20008, 20082, 20083, 20084, 21065, 21124, 21125）和海南省巨东英院士工作站（YSPTZX202315）的资助。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202301566