精確設計不對稱雙原子構型并研究其電子調節效應以提高氧還原反應（ORR）性能對于陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）非常重要。基于此，北京理工大學王博教授，楊文秀副教授，馮霄教授（共同通訊作者）等人報道了一種Fe、Cu共摻雜二維晶體IISERP-MOF27納米片衍生的FeN₃O-CuN₄雙原子位點納米催化劑（FeCu-NC），用于AEMFC的陰極。

實驗結果和理論計算表明，Fe-Cu雙原子位點的協同效應可以誘導不對稱電子分布并優化氧中間體的吸附/解吸能力。該FeCu-NC催化劑明顯提高了Fe利用率和位點密度，增強了本征活性，降低了活化能，超過了具有單獨Fe或Cu單原子的Cu-NC和Fe-NC。

這種高ORR本征活性在實際AEMFC運行中也表現良好，FeCu-NC陰極可提供超高的動能電流（0.9 V時為0.138 A cm^-2）和額定功率（1.09 W cm^-2），超過了美國能源部2025年的目標（0.9 V時為0.044 A cm^-2，>1 W cm^-2），并具有良好的耐久性（100 h的OCV測試）。

DFT計算表明，在FeN₃O和CuN₄上具有過強或過弱的*OH吸附，導致ORR的活性較低。對于FeN₃O-CuN₄，獲得了0.814 V的高工作電位，并且電位限制步驟為*OH→H₂O，表明獲得并引入了最優的OH吸附能級。分波態密度（PDOS）表明，Fe和Cu物種之間的協同作用可以破壞Fe-3d軌道的局域化，加速電子傳遞，優化OH吸附，從而增強其ORR活性。

Optimizing Fe-3d Electron Delocalization by Asymmetric Fe-Cu Diatomic Configurations for Efficient Anion Exchange Membrane Fuel Cells. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202302719.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202302719.