中文摘要：

申请人独立开展工作12年来，在实验与计算相结合的电催化研究和碱性聚合物电解质燃料电池两个方面取得具有特色的研究成果，对燃料电池摆脱铂依赖难题的研究取得了一些重要的进展。在提高铂效率的研究中，利用STM技术获得了铂钌二表面间存在电催化协同效应的直接证据；揭示了1纳米铂粒子的晶体结构坍塌及影响电催化的电子效应。在代铂催化剂研究中，提出了氧还原钯合金催化剂的原则性设计思想；阐明了钯纳米棒的形貌-活性关系。经过历时8年的碱性聚合物电解质燃料电池研究，首次报道了完全不使用贵金属催化剂的电池原型。发表论文60多篇，他引500余次。代表性成果发表在PNAS、JACS、Angew. Chem.和Adv. Funct. Mater.等刊物上，相继被Nat. Nanotech.和Nat. Chem.选为研究亮点。申请人获教育部高等学校自然科学奖二等奖（第一完成人）、中国化学会青年化学奖和首届中国电化学青年奖。

结论摘要：

在过去的四年里，我所领导的研究组一直围绕洁净能源电化学转化开展基础研究，在理论与实验相结合的催化剂研究和碱性聚合物电解质等关键材料的研究上取得一些具有原创性和国际影响力的研究进展和成果。一、固体表面反应性描述理论近年来，我们一直致力于建立一套燃料电池催化剂的理性研究框架。为了更准确地描述催化剂的反应性，我们提出“费米软度”（Fermi Softness, SF）的概念，它不仅与催化剂反应性显著相关，而且SF(r) 是空间的函数，可揭示催化剂表面活性位点的空间分布甚至精细结构。这是目前其它理论方法无法做到的。为了定量评估化学吸附的强度，我们还提出采用电四极子（electric quadrupole）作为共价键的等效电磁模型的思想，并推导出电四极子的能量辐射（等效于键能）与两个极性相反的电偶极子的振幅之间的定量关系。电偶极子的复数振幅是一种化学反应性的特征参数，命名为“化学振幅”（Chemical Amplitude，缩写为Chemplitude）。此化学振幅-键能定量关系被证明不仅对典型的共价键而且对吸附键都普遍有效，在化学研究中存在多方面的应用，特别是在多相催化领域，化学振幅可作为分子和固体表面统一的反应性描述符，用于预测吸附能和定量评估不同表面与不同吸附质之间的相互作用。二、碱性聚电解质燃料电池近年来，我们对碱性聚合物电解质燃料电池（APEFC）关键材料和器件的研究不断深化，研究论文相继发表在EES等重要期刊上。国际上也有越来越多的研究组加入到这一领域中。目前，APEFC已成为备受关注的燃料电池新分支，每年都有以APEFC为主题的国际研讨会，每年的电化学学会（ECS）年会都有专门讨论APEFC相关材料与催化的分会。我多次受邀出席这些国际会议并作大会主题报告和特邀报告并受邀为Acc. Chem. Res. 撰写关于APEFC的研究进展报告。我们所研制的APEFC材料与器件一直保持着国际上最好的性能报道，关键材料已实现商品化。在离子传导性能方面，碱性聚电解质已完全达到商品化质子交换膜Nafion的水平（在PEFC工作温度60~80oC下，单位离子交换容量的离子电导率超过0.1 S/cm），所组装的氢氧型APEFC单电池在60oC下的峰值功率密度达到约1.2 W/cm2，与质子交换膜燃料电池的先进水平相当。