目前，PEMFC的催化剂多为铂（Pt）等贵金属，储量有限、价格高昂，严重制约了PEMFC的规模化生产。铁/氮-碳（Fe/N-C）材料因成本低、活性较高，被视为PEMFC中贵金属催化剂的有力替代者，但仍面临以下瓶颈问题：1、如何解决O-O键的活化与含氧中间体脱附之间的矛盾；吸附强则活化能力强，但含氧中间体难以脱附；吸附弱含氧中间体易于脱附，但活化能力弱；2、Fe物种在H2O2/自由基环境中易发生Fenton反应，导致Fe/NC出现脱金属和耐久性下降等问题。此外，现有Fe/N-C多以堆叠石墨烯或块体碳为载体，活性位点暴露受限，影响了Fe/N-C材料的市场化应用。
曲率半径的优化可显著影响催化剂的活性位点分布、电子结构以及反应中间体的吸附能，从而提升氧还原反应（ORR）等电催化反应的效率。然而，目前已报道的方法在材料微观结构设计过程中存在一定的不确定性，表面暴露的催化位点在反应中不仅受到标度关系的制约，并往往易发生结构变化导致“失活”。针对上述问题，深圳大学王丹教授与其合作者基于纳米级中空多壳层结构（HoMS），创新性地开发出一种 “外刚内柔”的曲面铁单原子（CS Fe/N-C）分层防护体系，利用表面层调控电催化过程中的电子环境及稳定性，而亚表面层锚定高密度活性位点，二者协同作用通过曲率工程打破氧还原中间体自由能比例标度关系并优化ORR的反应路径。一方面，单原子Fe位点主要嵌入纳米HoMS的内层，通过内层曲率调控策略通过改变O-O键与O-Fe键的相对强度，优化了O2解离路径，以实现对电催化ORR活性的精准提升。另一方面，石墨化的外壳层则可以保护Fe原子，抑制在酸性ORR过程中的Fenton效应或金属脱嵌，同时，其对于反应中间体的静电排斥削弱了Fe位点与中间产物的结合强度，进而增大了电催化ORR的稳定性。研究结果表明，该催化剂在PEMFC中实现了0.75 W cm-2（H2–air, 1 bar）峰值功率密度，并在300小时连续运行后保持86%活性，实现了非贵金属体系PEMFC前所未有的最优综合性能。相关成果以“Acidic oxygen reduction by single-atom Fe catalysts on curved supports”为题发表于Nature《自然》期刊上（DOI：10.1038/s41586-025-09364-6）。论文通讯作者是王丹教授、向中华教授、王金兰教授、刘彬教授、张锁江院士。第一作者是赵亚松博士。
CS Fe/N–C催化剂由二维碳片负载三维纳米HoMS结构组成。其中纳米HoMS直径约10 nm，高约4 nm，包含约五层碳壳层。Fe单原子主要分散于内壳层，面密度高达1.6 No. nm-2，97.6%位于内四层曲面。同步辐射XAS表明，内壳层Fe原子价态接近+2，配位构型为FeN4C10；穆斯堡尔谱进一步揭示其以高活性的低自旋态D1为主，占比达57.9%。理论计算显示，单纯提升Fe-N4位点曲率反而增强中间体结合强度，抑制催化活性，而引入氮掺杂碳外层后，外层氮原子对内层吸附中间体的氧原子产生显著静电排斥（0.63–1.55 eV），有效削弱结合强度，打破了ΔG*OH、ΔG*O与ΔG*OOH间的线性关系，促使催化性能本质跃升。该策略使得CS Fe/N-C的过电位显著降至0.34 V（优于平面结构的0.61 V），并有效抑制了2e‐路径（H2O2）的生成，提升了反应选择性与稳定性。
PEMFC测试显示，CS Fe/N-C的输出性能优异，且具有长期稳定性。H2-air（1.0 bar）下峰值功率密度达0.75 W cm-2，2.0 bar条件下为0.78W cm-2；H2-O2体系下提升至1.25/1.44 W cm-2（1.0/2.0 bar）；经30,000次AST循环后，在0.8 V下仅衰减56 mA cm-2；在0.6 V恒压下运行303小时，仍保留86%初始电流。原位同步辐射XAS表明CS Fe/N-C具有更快的反应动力学；EIS-DRT分析显示其电荷转移与O2传输阻抗更低；EPR证实其·OH生成速率显著降低，印证了“外层抑制自由基侵蚀”的设计策略。
该研究将HoMS的概念延伸到了纳米级尺度，构建了可叠加、模块化的单原子催化剂设计思路，通过“内层催化位点+外层防护促脱”协同优化吸附-反应-防护三要素，使非贵金属催化剂在PEMFC中具有优异性能，为未来高性能燃料电池催化剂设计提供了新范式。这种设计策略可推广至其他单原子催化剂（如 Co、Ni 基），通过调控载体曲率、配位环境和保护层结构，突破活性-稳定性权衡，有望推动多相催化、二次电池等研究领域的新突破。
图1 催化剂结构示意图和Fe单原子分布统计
图2 通过XANES、EXAFS和Mössbauer等揭示催化剂精细结构
图3 DFT计算揭示层间C-N静电效应打破吸附能线性标度关系
图4 燃料电池性能表征
图5 原位XAFS、EIS及EPR表征
课题组负责人：王丹，深圳大学特聘教授、博士生导师,中科院“百人计划”入选者，国家杰出青年科学基金获得者，享受国务院特殊津贴专家，中组部“万人计划”科技创新领军人才入选者，科技部中青年科技创新领军人才入选者。中国化学会与英国皇家化学会会士，国际溶剂热水热协会常务理事;《高等学校化学学报》与Chem. Res. Chinese Univ.的执行主编, Mater. Chem. Front.副主编; Science Bulletin, EnergyChem, Sci. China Mater.等期刊编委 EES、Adv. Sci.、Adv. Mater. Interface、Matter、EcoMat、ChemNanoMat等期刊顾问编委。长期从事无机合成化学研究,聚焦于无机多功能结构体系前沿领域，在介尺度结构调控和原子可控掺杂的合成方法学研究及应用上取得了系统性创新成果。创立了无机中空多壳层结构的普适、可控合成新方法，揭示了该方法的“浓度波”物理机制，实现了系列无机中空多壳层结构固体的精准可控合成；发现了中空多壳结构的“时空顺序”新属性，创制了系列具有中空多壳结构的高效能源和有序敏感无机固体；发明了石墨炔的位点选择掺杂新方法，获得了新的氮掺杂类型sp-N，实现了原子水平可控合成。在Nature, Nat. Rev. Chem., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Nat. Energy, Nat. Chem., Nat. Comm., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊发表SCI论文240余篇，SCI他引2.3万余次，H因子81。申请发明专利50余项，授权30余项，转让实施2项，为振兴地方经济和企业转型做出了贡献。曾荣获日本陶瓷协会日中陶瓷科学技术交流奖励奖、赢创颗粒学创新奖-优秀科学家奖、北京市科学技术奖和中国颗粒学会自然科学等奖项; 入选2018-2024年度科睿唯安“高被引科学家”。
王丹教授个人简介请访问：
https://chem.szu.edu.cn/szdw/jxdanwe/hxx/tpjs/wd.htm
http://www.wd-homs.cn/
招聘方向（光电催化方向优先）
1．中空多壳层结构与二维材料的设计、合成与应用。
2. 储能材料与器件（锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池等）。
3. 催化（氮还原、二氧化碳还原、水分解、硝酸根还原等）。
4. 计算化学、人工智能。
王丹教授课题组高薪诚聘“百人计划”（副）教授、助理教授、博士后、（副）研究员
◆“百人计划”：
一、基本条件
（1）坚持正确政治方向，具有爱国奉献精神；坚持立德树人，恪守高校教师职业行为准则、学术道德规范。
（2）创新发展潜力较大，符合学校学科发展需要，具有强烈的事业心、责任感和团队合作精神。
（3）身体健康，能全职在深圳大学工作，年龄一般不超过35周岁。
（4）具有良好教育背景，在国内外知名高校或研究机构获得博士学位。
二、岗位要求
（1）教授
具有国内知名高校或研究机构副教授以上任职经历，或具有海外知名高校正式教职，科研成果处于国际先进水平，具有一定学术影响力和号召力，原则上能独立发展一个学术方向，学术水平和发展潜力居于本学科领域同年龄段学者前列。
（2）副教授
具有国内外知名高校或研究机构2年以上科研经历，已取得较突出科研业绩，学术水平和科研潜力居于本学科领域同年龄段学者前列。
（3）助理教授
具有较强的科研能力、创新意识、合作精神和发展潜力，已取得具有一定影响力的科研成果，学术水平居于本学科领域同年龄段学者前列。
三、薪酬待遇与支持条件
（1）薪酬待遇：聘期6年内，可享受“百人计划”岗位津贴。助理教授综合年薪60万元起，副教授综合年薪69万元起，教授综合年薪83万元起；可同时享受鹏城孔雀计划特聘岗位C档岗位津贴24万元/年；满足深圳市新引进博士人才条件者，可申领生活补贴10万元。
（2）工作条件：提供适宜的办公场所和实验场地；配套科研启动经费100-330万元；聘为博士生导师，聘期前三年平均每年分配不少于1个硕士研究生指标，优先分配博士研究生指标；支持组建团队，配备1名专职研究人员；实行长周期考核机制，鼓励潜心学术研究。
（3）福利保障：优先提供租金优惠的周转住房，符合条件者可享受深圳市人才房政策；提供完善的教育配套资源，深圳大学附属教育集团下辖4所中学、4所小学和3所幼儿园；提供优质的医疗服务，学校下设2所三甲标准的综合医院；协助办理广东省“人才优粤卡”和深圳市“鹏城优才卡”，享受广东省及深圳市提供的人才安居、医疗保健、子女入学、出入境等方面的一站式人才配套服务。
◆ 助理教授：
一、基本条件
（1）年龄不超过32岁左右。
（2）本硕博毕业于国内外知名高校或研究机构。
（3）近5年以第一作者或通讯作者身份在主流权威期刊发表不少于4篇论文。
（4）具有较强的科研创新能力和团队协作精神。
（5）具有良好的学术道德和严谨科学态度、身体健康、能胜任岗位的工作要求。
二、岗位待遇
（1）实行年薪制，根据应聘者的教育工作经历及工作业绩，提供具有竞争力的薪酬，并配套相应科研启动经费。特别优秀的应聘者可纳入学校人才项目培养，享受相应待遇，具体按学校相关政策执行。
（2）受聘深圳大学“鹏城孔雀计划”特聘岗位者，可享受相应的岗位绩效奖励。
（3） 住房政策：可申请租住学校周转房，租金优惠。符合条件者，可以享受深圳市人才房政策，具体以政府最终发布为准。
（4）教育配套：深圳大学附属教育集团下辖4所中学、4所小学和3所幼儿园，有效保障教职工子女就学。
（5）医疗保健：下设2所三甲综合医院：深圳大学总医院和附属华南医院，为教职工提供优质医疗服务。
（6）员工关怀：学校提供体育专项经费，校内运动设施免费使用；年度健康体检；就餐补贴。
◆ 正/副研究员：
一、基本条件
（1） 取得国(境)内外高水平大学或研究机构博士学位，具备较强的科研能力、创新意识、合作精神和发展潜力。
（2）副研究员一般不超过35周岁，研究员一般不超过40周岁，具有组织科研团队开展高水平研究的能力，发表过高水平研究论文(第一作者发表JCR-Q1区论文>3篇)，有主持国家级科研项目经历或具有高级专业技术资格或相当岗位工作经历者优先。
（3）具有良好的学术道德和严谨科学态度、能胜任岗位的工作要求。
二、岗位待遇
（1）副研究员年薪29-38万元，研究员年薪35-50万元，具体薪级标准根据学历、研究经历等确定。工资实行年薪制，由深圳大学人力资源部按月发放。年度考核合格及以上者，岗位薪级工资晋升一个薪级；聘期内完成相应的科研任务，课题组将提供丰厚的科研奖励。
（2）可以负责人身份依托深圳大学申请各级科研课题资助（如国家自然科学基金、广东省、深圳市等）以及人才计划。
（3）合同期间表现优异者，可通过深圳大学“荔园留菁计划”申请预聘-长聘制教师岗位，成果突出者优先推荐。
（4）可申请学校周转住房，申请条件按学校后勤管理部门相关规定执行。
（5）可在深圳市落户，其配偶及未成年子女可办理随迁入户。
（6）省市对具有海外背景的博士和博士后有额外的奖励政策。
（7）若研究员待遇政策有所调整，以最新的文件规定为准。
◆ 博士后
一、基本条件
（1）有科研热忱及团队合作精神，科研工作执行力强，鼓励发散思维，有独到科研思想，能尽快入职者优先。
（2）具有化学、材料、化工、物理等相关专业博士学位，具有合成化学、催化、电化学、储能材料与器件等研究背景和扎实的专业基础知识。
（3）博士后聘用期2-3年，年龄≤ 35周岁，博士毕业≤ 3年，未在广东省从事过博士后工作。
（4）具有良好的英文水平，在知名刊物上以第一作者身份发表过学术论文。
二、岗位待遇
（1）学校博士后合同期限为2年或3年；综合年薪可达39万元以上，包括深圳市政府18万元/年生活补助（开题和中期考核后各发放一次，总额不超过36万元），深圳大学提供的15万左右的基本综合年薪。
（2）符合深圳大学“荔新奖励计划”，入选者额外再发放4000元/每月奖励性薪资，按实际在岗月份随工资发放，核发不超过24个月。申请条件如下：博士毕业不超过三年或年龄不超过33周岁且以下二项符合其中一项。一、博士毕业高校为泰晤士高等教育世界大学前150名高校（包括国内）或原“985工程”建设高校或所在学科在教育部最新一轮学科评估中被评为“A-”以上等次或排名前10%；二、自然科学类博士在近五年以第一作者发表中科院大类二区以上学术论文2篇（至少1篇为一区），或中科院大类二区学术论文3篇。
（3）入选海外博后人才项目的，在站期间综合年薪42万元起，出站后留粤工作每人资助40万元住房补贴。
（4）符合条件的博士后可申请评定专业技术资格（副研究员），符合深圳大学“荔园留菁计划”政策的优秀博士后，可直聘深圳大学教师岗（专门针对本校专职研究人员和博士后）。
（5）博士后人员期满出站后6个月内留（来）深全职工作且与企事业单位签订3年以上劳动（聘用）合同的，给予每人36万元出站留（来）深生活补助。
（6）在站期间获得博士后创新人才支持计划或中国博士后科学基金特别资助的优秀博士后人员，且出站后6个月内与本市签订3年以上劳动（聘用）合同的，按国家资助标准给予1：1经费资助，最高不超过30万元。
（7）博士后人员获得全国或广东省博士后创新创业大赛金奖、银奖、铜奖的，且出站后6个月内与本市签订3年以上劳动（聘用）合同的，按国家和省奖励金额给予1：1创新创业奖励，高于上述奖项的，参照金奖执行，最高不超过20万元。
（8）博士后人员进站，可选择落户深圳市，享受落户补贴。其配偶及未成年子女可办理随迁入户。博士后子女入托、入学等按深圳市相关条例执行。
（9）在站期间，在站期间课题组协助申请博士后科学基金、国家自然科学基金等。课题组支持符合条件的可竞争性申报国家“博新计划”，并给予一次性配套经费支持。
（10）本站博士后的考核要求及具体管理要求，参见《深圳市博士后管理工作规定》和《深圳大学博士后管理规定》等有关规定，以最新的文件规定为准。
同时也欢迎有兴趣申请科研助理或者报考博士、硕士的同学来信交流。
申报程序
有意申请者请将个人简历（含个人基本信息、工作或研究经历、参与科研项目及个人贡献简介、成果发表情况）、个人代表作、博士论文详细摘要，并注明预计入职时间，以邮件方式发送至danwang@szu.edu.cn，简历及邮件标题注明“应聘（XX岗位）-学校名称-专业-姓名”
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