西京网讯：近日，西京学院材料与新能源学院双碳技术研究所“降碳减污-协同增效”核心科研团队冯祥波教授团队在国际权威期刊《EnergyChem》（国际顶级能源化学期刊，IF=23.8，中科院1区TOP期刊）上发表题为《Tailoring single-atom catalysts for proton-exchange-membrane water electrolysis: From descriptors and design to optimization》的综述论文，冯祥波教授为第一通讯作者，西京学院为第一完成单位。该文系统梳理了酸性条件下单原子催化剂在质子交换膜水电解中的应用进展，提出了一套以“描述符—设计—优化”为核心的理性设计框架，为绿色制氢技术的发展提供了重要的理论指导。
冯祥波教授团队针对质子交换膜水电解（PEMWE）作为规模化绿色制氢核心技术，却因严重依赖铂、铱等稀缺贵金属导致成本高昂、难以大规模推广的行业痛点，在综述中明确单原子催化剂是替代传统贵金属催化剂的重要方向，并首次提出基于“锚定机制”的分析框架，系统归纳出酸性单原子催化剂的四类构建策略，阐明了各类机制对应的配位结构、载体特性与稳定化原理。
文章系统剖析了单原子位点在酸性析氢反应和析氧反应中的反应路径、电子结构描述符及其与催化活性和稳定性的内在关联。结合密度泛函理论计算、原位表征技术和机器学习方法，论文提出了面向实际PEMWE工况的高活性、高稳定性SACs的协同优化策略。
综述总览图
该综述构建了一套完整的单原子催化剂从理论设计到实验优化的方法论体系，不仅为能源催化领域研究人员提供了系统的理论工具和清晰的研究指南，也为未来低贵金属、高耐久PEMWE催化剂的开发指明了核心方向。
单原子催化剂的界面调控与反应路径
冯祥波教授表示：“我们希望这一理性设计框架能够加速单原子催化剂从实验室模型向实际电解槽器件的转化应用，真正赋能绿色氢能产业的规模化发展”。
近年来，西京学院材料与新能源学院双碳技术研究所紧密围绕国家“碳达峰、碳中和”重大战略需求，聚焦绿色氢能、高效催化、低碳转化等前沿方向，持续推动基础研究与工程应用的深度融合。该论文所提出的单原子催化剂理性设计框架，为降低质子交换膜水电解对贵金属的依赖、提升规模化绿氢制备的经济性与可持续性提供了关键理论支撑，将有力助推我国氢能产业的高质量发展与能源结构的绿色低碳转型。
