第一作者：Lina Chong

通讯作者：Di-Jia Liu

第一单位：美国阿贡国家实验室

研究亮点：

1. 发展了MOF衍生的负载型PtCo合金纳米催化剂的制备方法。

2. 实现了超低Pt负载情况下高效持久的ORR性能！

为什么要研究ORR催化剂？

ORR是燃料电池中的关键反应，开发高催化活性和低Pt负载量的新型ORR催化剂，是降低燃料电池成本，提高效率的关键环节。

本研究拟解决的问题

当Pt负载量较低时，催化剂要么易流失，要么稳定性不好。

成果简介

有鉴于此，美国阿贡国家实验室Di-Jia Liu团队及其合作者报道了基于Co基MOF衍生的负载型PtCo合金纳米催化剂，其中Pt的负载量2.7-2.8 wt%左右。

图1. LP@PF催化剂结构

要点1：巧妙的合成策略

将无Pt的活性位和Pt活性位结合在一起：

1）制备Co基ZIF-67和Co/Zn基ZIF8@ZIF67两种MOF，并热活化；

2）酸处理，得到不含Pt族元素的载体PF-1和PF-2；

3）基于以上载体和Pt前驱体，在油胺中原位还原并在NH₃中高温退火，最终得到LP@PF-1和LP@PF-2两种催化剂。

要点2：催化剂关键特征

1）大部分Pt以PtCo合金纳米颗粒形式均匀分布于载体上；

2）载体上分布大量的Co-N_x-C_y活性位点；

3）催化剂上还存在Co@graphene形式的纳米晶。

图2. LP@PF电子结构

要点3：优异的催化性能

Pt-Co合金纳米颗粒与无Pt族元素基底之间的协同催化，实现了在1个大气压O₂以及高压高电流条件下的优异燃料电池性能。两种催化剂的质量活性分别为1.08和1.77 A mg_Pt^-1，在燃料电池中循环3万次之后，活性保留分别为64%和15%。

计算模拟揭示，PtCo纳米颗粒与无Pt活性位点之间的相互作用提高了ORR活性和寿命！其协同作用主要体现在：

1）无Pt族活性位的同时存在，避免了单纯Pt催化剂导致的活性的不持久。

2）PtCo合金催化剂的存在，促进了H₂O₂的分解，避免了对无Pt族活性位的破坏。

图3. 电催化性能评估

图4. 计算模拟ORR路径

小结

总之，这项研究实现了在低Pt负载量条件下的稳定ORR活性，为燃料电池降低成本提高效率提供了更多的思路。

参考文献：

Lina Chong, Di-Jia Liu et al. Ultralow-loadingplatinum-cobalt fuel cell catalysts derived from imidazolate frameworks.Science 2018, 362, 1276-1281.

http://science.sciencemag.org/content/362/6420/1276