贵金属替代催化剂已成为电催化和传统多相催化中一个重要的研究课题.然而，目前制约非贵金属催化剂应用的一个最大问题就是催化剂的不稳定性.尤其是在过电位或强酸、强碱等苛刻环境下，非贵金属容易被过度氧化而腐蚀掉，如在质子交换膜燃料电池中，非贵金属如铁或钴基催化剂在电池工作的酸性环境下将会被迅速溶蚀，从而使电池很快失去催化活性.因此如何设计具有高活性且持续稳定的非贵金属催化剂成为催化领域一个极具挑战的研究课题.我们利用豆荚状碳纳米管封装的金属铁催化剂(Pod-Fe)作为模型，发现石墨烯碳层封装的金属铁能够在酸性条件下有效地催化质子交换膜燃料电池的阴极氧还原反应，由于有了碳层的保护，避免了酸性介质对金属铁的腐蚀，而催化活性来自于“穿过”(Penetrating through)碳管管壁的金属的电子(Fig.1a-d).该类催化剂在质子交换膜燃料电池、电解水制氢及染料敏化太阳能电池上均表现出了优异的催化活性和稳定性.由该工作发展出来的为催化剂“穿铠甲”(Chainmail for catalyst)的概念(Fig.1e)为未来对在苛刻条件下运行的非贵金属催化剂的设计和制备提供了新的研究思路.