金属-氮-碳（M-N-C）催化剂是氧还原反应（ORR）铂基贵金属材料最有前途的替代品之一。近年来，人们致力于通过调节金属中心的局域配位环境、杂原子掺杂调整电子结构等策略来提高M-N-C催化剂的ORR电催化性能、稳定性和选择性。尽管材料开发取得了巨大进展，但M-N-C催化剂上的ORR机制仍然难以捉摸，并被几个长期存在的基本难题所笼罩。尤其是，众多研究表明，当电解质pH从碱性变为酸性时，M-N-C催化剂通常表现出氧还原活性的急剧下降。这不仅构成了现代电化学的一个主要难题，而且严重阻碍了质子交换膜燃料电池低成本M-N-C催化剂的进一步发展。

本研究中，作者以当前研究热点的双原子催化剂FeCo-N₆-C为模型体系，结合从头算分子动力学模拟和原位表面增强红外光谱技术，揭示了酸、碱条件下显著不同的界面双层结构在决定M-N-C催化剂上氧还原活性pH依赖性中的重要作用。具体而言，在碱性和酸性氧还原条件下，电极表面电荷密度的巨大差异导致了界面水分子取向的不同，从而影响表面含氧中间体与界面水分子之间氢键的形成，最终控制氧还原反应过程中质子耦合电子转移步骤的动力学。本研究不仅为理解M-N-C催化剂在不同pH值下ORR活性的巨大差异提供了独特的分子水平视角，而且突出了电化学界面结构对现代电化学科学和电化学能量转换与存储技术进一步发展的关键意义。

  （通讯员：矫宇州）