高性能氢燃料电池离不开高活性和高稳定性的阴极与阳极电催化剂。对于碱性氢燃料电池而言，氢氧化动力学极其缓慢，开发低铂或非铂金属催化剂以降低铂的使用量，对于降低电池成本意义重大。然而，与铂基催化剂相比，非贵金属纳米颗粒在储存时容易发生化学氧化，且电化学稳定窗口更窄，其稳定性亦是挑战。此外，使用含有一定比例CO的”灰氢”作为燃料，亦有利于降低氢燃料电池成本，但这就要求阳极催化剂具有抗CO毒化功能。

近年来，不少研究表明，在Ni基等金属表面包覆碳层可显著提升金属在氢氧化电催化过程中的稳定性；相关研究认为，这是由于电子从金属转移至碳层，该界面电子转移效应提升了金属的稳定性甚至活性。

近日，厦门大学李君涛教授和周尧副教授团队合成了两组模型催化剂（包括非贵金属组：Ni vs CuNi₃@C以及含贵金属组Ni-Ru vs CuNi₃-Ru@C）；系统对比了目标样与对照样的抗氧化性、抗电化学氧化性、抗CO毒性以及碱性氢氧化活性、稳定性；并通过DFT理论计算对比了H₂、O₂、CO这三类分子在Ni、CuNi₃、CuNi₃@C的金属及碳基位点的吸附行为。

实验结合DFT计算表明，当金属催化剂被石墨碳薄层包覆时，由于石墨薄层固有层间距为0.342 nm，其可作为天然分子筛，阻隔动力学直径较大的有毒有害分子与金属的接触。即使CO和O₂在金属表面热力学上吸附驱动力很强，由于其动力学直径分别为0.346 nm和0.376 nm，二者在平行石墨烯二维平面方向上的扩散亦将受阻；与此同时，H₂由于其动力学直径小于石墨层间距，可在石墨包覆层内三维扩散。得益于石墨包覆层的这一分子筛效应，被包覆的金属的抗氧化、抗CO毒化以及抗电化学氧化稳定性得到显著提升。该工作揭示了石墨碳包覆层在稳定过渡金属氢氧化催化剂方面的独特优势。