近日，Journal of the American Chemical Society发表了一篇题为“Oxygen Vacancy-Mediated Synthesis of Inter-Atomically Ordered Ultrafine Pt-Alloy Nanoparticles for Enhanced Fuel Cell Performance”的研究论文。
Pt基金属间化合物被认为是质子交换膜燃料电池中氧还原反应（ORR）的高活性催化剂，但在可控合成有序、超细金属间化合物纳米粒子方面仍面临巨大挑战。本研究提出了一种氧空位介导的原子扩散策略，通过机械合金化降低从原子无序到有序转变的能量壁垒，并通过强烈的M–O–C键抵抗粒子间的烧结。
该合成方法得到了一种具有有序PtM核心和厚度为两到三个原子层的Pt壳的纳米级核/壳结构，并可扩展到多组分的PtM（M = Co, FeCo, FeCoNi, FeCoNiGa）系统。Pt外壳的电子富集效应，由压缩应变引起，导致费米能级以下反键轨道占据增强，加速了OH*的脱附动力学。
优化后的PtCo–O/C-6催化剂在燃料电池中表现出优异的ORR活性和耐久性（总Pt载量为0.1 mgPt cm–2时，质量活性为1.28 A mgPt–1，峰值功率密度在H2–O2/–空气中分别为2.38/1.25 W cm–2，在空气条件下运行50小时，活性损失约为1%）。此外，本研究还建立了系统相关性，阐明了氧空位下高度有序金属间化合物催化剂的形成机制。
作者：
Xiangzhi Cui博士是中国科学院上海硅酸盐研究所的研究员和博士生导师，专注于电解水制氢、氢燃料电池等领域的研究。他在国际知名期刊发表了70余篇论文，获得18项国家发明专利授权，并获得了多项奖励和荣誉，对氢能源发展有重要贡献。
Jianlin Shi是中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博导，中国科学院院士。他的研究集中在先进陶瓷制备、介孔纳米材料和纳米催化医学等领域。
参考文献：
https://doi.org/10.1021/jacs.4c07185
