米兰官网-8年攻关、连遭拒稿，他们终迎高光时刻！—新闻—科学网

“科研不克不及只逗留于机理研究，必需走向现实运用。”于接管《中国科学报》采访时，深圳年夜学特聘传授王丹语气坚定地说道。近来，他的团队于《天然》上发表了主要结果。

基在过往20年于中空多壳层布局（HoMS）研究的积淀，王丹团队乐成设计出了一种具备“外护内催”微情况的新型曲面铁单原子催化剂，显著晋升了质子互换膜燃料电池（PEMFC）的机能及不变性，为此类电池催化剂的非贵金属替换提供了新思绪。

这项研究历经8年攻关，曾经接连被Nature、Science拒稿。回首研究过程，王丹告诉《中国科学报》：“这申明了中国粹者彻底有能力连合起来做一些年夜事，把基础研究的冷板凳‘坐热’，把斗胆假想付诸实践，酿成真正能解决行业痛点的钥匙。”

一个化学布局研究了20年

王丹的伴侣圈封面图是一个精致的“鬼工球”，它是多层空心套球布局，逐层镂空，层层可转，是中国传统的镌刻艺术品。

行外人可能不知道，这类“鬼工球”的布局，与王丹已往20年来的研究标的目的极其相似。

2004年，从日本京都年夜学化学研究所做完博士后研究回国后，王丹就认准了一个标的目的深切研究——创始并摸索HoMS的设计与合成。这于其时来讲，其实不算是一个热点的研究标的目的。

“许多人问我，为何专注这么一个不热点的布局。我感觉，基础研究不克不及盲目追赶热门，而是要经由过程深切挖掘创造热门。”王丹说。多年来，他与团队缭绕中空多壳层布局质料深切摸索，于能源、催化、情况、生物等范畴的运用研究中均取患了庞大进展，引领HoMS研究走向国际前沿。

2017年，还有于读博的赵亚松于导师王丹的引导下，最先测验考试使用HoMS解决质子互换膜燃料电池中催化剂的主要难题。作为一种抱负的清洁能源装配，质子互换膜燃料电池能经由过程电化学反映，将氢气及氧气转化为电能、热能及水。因其具备能量转化效率高、无噪声、无污染的长处，于汽车、航空、电力等范畴运用愈来愈广泛。

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催化剂则是晋升燃料电池转换效率的要害。然而，当前燃料电池的催化剂以昂贵且储量有限的铂族贵金属为主，不仅成本高，也限定了燃料电池的财产化范围。以铁元素为主的非贵金属催化剂因成本低及较高活性的特色，被视为燃料电池贵金属催化剂的抱负替换方案。然而，它们遍及面对活性与不变性“两难”的问题。

“就像中国人要讲求阴阳均衡，于催化范畴要均衡活性及不变性之间的抵牾。假如催化剂中的铁元素吸附力过强，中间体就难以脱附；吸附力过弱，就无法有用活化氧份子。”王丹注释道。

为此，他们于燃料电池催化剂的制备中巧妙地联合了纳米级HoMS，并将铁单原子精准地嵌入多壳层布局的内层曲面上，开发出了怪异的“多层曲面铁单原子催化剂”。

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“如许的设计，既强化了氧份子的活化，又能帮忙中间体顺遂脱附，并有用拦截自由基侵蚀，告竣了‘外护内催’的抱负效果，使催化剂兼具高活性及持久不变性。”王丹先容。传统的催化理论认为，吸附与脱附之间存于“火山图”均衡瓜葛，难以同时优化，而研究团队使用立异HoMS催化剂的设计计谋，冲破了这一限定。

“没有碰撞，就没有火花”

“这项研究先后用了8年时间。从制备合成催化剂到整合器件，从机理注释到机能优化，每一一步都不易。”王丹先容。

令赵亚松印象最深刻的，是获取催化剂化学布局电镜表征数据的时辰。有一次为了尽快拿到数据图，她与卖力电镜的教员一路事情到了凌晨两点。“回宿舍路上尤其平静，及白日的喧嚣彻底差别，那种‘披星戴月’的画面，我至今难忘。”

2019年，于合成出催化剂后，研究团队决议把催化剂整合进燃料电池器件中，但这触及化学、质料、化工与工程学科等多个范畴，并不是单个研究团队可以或许实现。

起色呈现于2021年。王丹于到场华北地域五省市化学学术钻研会时碰到了北京化工年夜学传授向中华，交流中相识到他们团队刚好擅长制备非贵金属催化剂器件。“我一提到咱们的困境，他立马就表达了互助意愿。”王丹笑着说，“正所谓‘术业有专攻’，科学家对于交流的需求就像农夫需要化肥同样，没有碰撞，就没有火花。”

此次“碰撞”后，于向中华团队的协助下，多层曲面铁单原子催化剂燃料电池单电池乐成组装运行。测试成果注解，于氢气-空气前提下，这类催化剂于燃料电池中的峰值功率密度到达0.75瓦/平方厘米，且持续运行300小时后仍能连结86%的初始机能，于非贵金属系统燃料电池中综合机能最优。这不仅显著降低了对于昂贵铂族金属的依靠，也为燃料电池的年夜范围贸易化运用奠基了基础。

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将来，这种催化剂有望运用在燃料电池汽车、便携式电源和漫衍式发电等范畴，为绿色能源成长提供有力支撑。

2023年头最先投稿后，Nature、Science的接连拒稿，让团队研究再次堕入困境。审稿人认为理论计较不足以支撑研究结论。为此，研究团队又前后与东南年夜学王金兰团队、中国香港都会年夜学刘彬团队睁开互助，于理论计较、原位表征等方面临研究举行优化、晋升。

履历了多轮修改后，研究团队再次向Nature提起申说。终极，这项研究切确的合成、立异的布局、过硬的机能，以和靠得住的表征及理论计较成果说服了编纂及审稿人，论文被乐成吸收。

庞大科学发明离不开“三要素”

“好的设法、好的团队、好的互助，是得到庞大科学发明的要害因素。”王丹说道，“刚好这三个‘好’咱们都具有了。”这项研究患上益在多方协同、上风互补的团队互助模式，这类慎密、高效的交织互助，包管了研究事情的周全、体系与高质量。

作为中国科学院历程工程研究所的一位副研究员，赵亚松第一次于《天然》上发表文章。当论文被吸收的动静传来时，她正于试验室。“那一刻既高兴又如释重负，这份结果凝结了许多人的努力。”赵亚松说道。

回首这段研究履历，她最感恩的即是导师的指引。“王教员就像掌舵人，总能于我最苍茫的时辰，指出最要害的标的目的。咱们共同患上很是默契。”

“我带过许多优异的学生，但像亚松如许能顶住压力，宁愿用这么多年去打磨一项研究的，很是少见。”对于在本身的学生，王丹给出了极高的评价。于他看来，一位优异的科研事情者至少要具有三个特色：Will、Work、Wait——强烈的欲望、努力的事情、耐烦的等候，缺一不成。三木SEO-

“只管这项研究最初聚焦在燃料电池，但其意义远不止在此。”王丹夸大。基在HoMS立异催化剂设计计谋的思绪，可以推广到其他催化范畴的研究中，例如锂硫电池、氮气还有原、二氧化碳转化甚至人工光互助用等范畴。

去年8月，王丹脱离中国科学院历程工程研究所全职插手深圳年夜学，开启了学术研究的新路程。他但愿借助深圳的财产情况，把过往研究了20年的HoMS设计计谋拓展至能源、传感甚至人工光合等运用范畴。“我但愿咱们的事情不只逗留于发文章上，还有要能解决现实问题，要做到顶天登时。”

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09364-6