控制合金催化剂的表面组分和形貌对于实现氧还原反应催化剂和燃料电池催化剂的高活性和耐久性至关重要。近日，湖南大学的余刚教授、中密歇根大学的Valeri Petkov和美国纽约州宾汉姆顿大学钟传建教授等人合作提出了一种制备具有可控双金属成分的纳米线型铂铁合金催化剂的无表面活性剂合成方法。具有最优~ 24% Pt初始组分的PtFe TNWs表现出最高的质量活性(3.4 A/ mgPt，高于商业Pt催化剂20倍)和耐久性(在40000次周期后仅有< 2%的活性损失和在120000个周期后仅有< 30%的活性损失)，这也是目前为止所有PtFe基纳米催化剂在ORR或燃料电池操作条件下报道的最高值。利用原位和原位同步X射线衍射耦合原子对分布函数分析和三维建模，结果表明，PtFe TNWs具有混合fcc-bcc合金结构和显著的晶格应变。而且，在ORR或燃料电池操作条件下，活性强烈地依赖于催化剂的元素组分，尽管不同催化剂的组成及其晶格常数发生了变化，但这种依赖性仍然保持不变。值得注意的是，在燃料电池的操作条件下，脱合金从相分离的区域位置开始，最终形成具有细微表面形貌差异的fcc合金结构。由于TNWs的重新分布和形貌的改变，表面晶格应变得到了很大程度的保留。这种应变和TNWs的特殊性质被认为是催化剂具有优异活性和耐久性的原因。这些发现为纳米合金催化剂的结构、活性和耐久性之间的关系提供了新的见解，并有望通过控制其合金结构和形貌，设计开发高活性、耐久、低Pt含量的纳米线催化剂。

Zhijie Kong; Yazan Maswadeh; Jorge A Vargas; Shiyao Shan; Zhipeng Wu; Haval Kareem; Asher C. Leff; Dat T. Tran; Fangfang Chang; Shan Yan; Sanghyun Nam; Xingfang Zhao; Jason M. Lee; Jin Luo; Sarvjit Shastri; Gang Yu; Valeri Petkov; Chuan-Jian Zhong. Origin of High Activity and Durability of Twisty Nanowire Alloy Catalysts under Oxygen Reduction and Fuel Cell Operating Conditions. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b10239

https://doi.org/10.1021/jacs.9b10239