阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）的发展需要研究高能非自由基催化剂的电子构型和中间体吸附行为，以解决阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢的问题，但这仍然是一个巨大的挑战。
这里苏州大学闫成林、南通大学钱涛等报道了一种稀土金属氧化物工程策略，通过在N，O掺杂的碳纳米球（Fe3O4 la2o3@n，O-CNSS）中形成Fe3O4 La2O3异质结构来实现高效的电催化氧还原。 结果表明，在LA o FE异质结处形成的界面键有效地优化了Fe D能带中心相对于费米有序的电子结构，从而显著降低了ORR过程中限速步骤的反应势垒。
对中间产物化学吸附的调控使Fe3O4 la2o3@n，O-CNSS具有优异的ORR性能和更高的稳定性，半波电位值（0.88 V）。在AEMFC的实际操作条件下，催化剂的功率密度高达1487 MW cm-2，高于商用PT C耦合电极。
图1DFT 计算
综上所述，本工作开发了掺杂N，O碳纳米球的Fe3O4 La2O3纳米颗粒，并将其设计为高效的ORR电催化剂。 实验表明，La2O3的引入对铁的活性位点产生了显著的电子调制作用，使铁的D波段中心向下移动到费米能级，对氧相关中间体具有适度的吸附行为，从而降低了反应能垒，提高了整个ORR过程的本征活性。 同时，多孔N，O-CNS的0D多孔纳米球结构和高比表面积有利于充分暴露碳基体中更多的活性位点，有利于缩短电子和质量传递路径。
因此，Fe3O4 la2o3@n，O-CNS具有优异的ORR性能（半波电位为0.88 V）和耐久性。相应地，Fe3O4 la2o3@n，O-CNS电极使AEMFCS达到148峰值功率密度为 7 MW cm-2，在长达 100 小时的时间内具有出色的循环稳定性。 因此，本工作可以促进高催化、高稳定性的稀土金属氧化物改性Fe-N-C催化剂的发展，使其在AEMFCS中得到应用。
图2电化学性质
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