质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有室温下快速启动、寿命长、比功率与比能量高、零排放等突出优点，是21世纪重要的清洁能源装置，已成为当前国内外竞相研究开发的关键技术之一。目前，PEMFC所面临的主要问题是所使用的催化剂铂（Pt）过于昂贵。因此，探索价格低廉、性能高效的非Pt催化剂是PEMFC能够大规模商业化的关键问题。
    近日，我院青年教师陈鑫，应用第一性原理计算方法，研究了将石墨炔应用于PEMFC电催化剂的可能性。不同于石墨烯和碳纳米管，石墨炔是第一个以 sp、sp2 和sp3 三种杂化态形成的一种单原子层结构的二维碳同素异形体，被誉为可能是人工合成的、非天然的碳同素异形体中最稳定的一种。陈鑫博士的研究结果表明，不同形态的石墨炔具有截然不同的催化活性。对于γ-石墨炔，经过简单的硼或氮单掺杂即可获得较高的催化氧还原反应活性；而对于α-石墨炔，上述途径并不能改善催化活性，必须经过硼和氮以一定的比例共掺杂才能达到较高的活性。研究结果表明石墨炔的催化性能主要受它们的HOMO轨道能级、带隙以及自旋密度分布等因素影响。
    以上研究结果发表在美国化学会（ACS）出版的物理化学权威期刊The Journal of Physical Chemistry C上（5年影响因子5.241，doi：10.1021/acs.jpcc.5b02505），我院为第一作者单位。该研究受到红宝石官方网站hbs123青年教师“过学术关”项目的资助。