高效的电催化剂在各种清洁能源转换和存储系统中至关重要。具有广泛的组成和协同性能的多元素纳米材料多功能催化剂具有极大的吸引力。然而，由于其复杂的组成，难以可控合成多元素纳米材料。
有鉴于此，马里兰大学胡良兵教授，李腾教授报道了一种简单的一步法合成层次化的多元素纳米粒子（HPNPs），作为一种有效的进行OER和ORR的双功能催化剂。该材料包含锚定在尖晶石结构过渡金属氧化物纳米颗粒上的超小型贵金属纳米颗粒（IrPt，5nm）。
文章要点
1）研究人员使用快速的高温脉冲立即分解一组金属前驱物，其中包含10％原子百分比的贵金属（Pt和Ir）和90 %%的过渡金属（Fe，Co和Ni），然后固化成多元素纳米颗粒。通过在空气中进行0.5 s的高温处理，过渡金属形成了尖晶石型过渡金属氧化物纳米颗粒（FeCoNiOx），而贵金属则形成了牢固固定在表面的超小纳米颗粒（IrPt，直径≈5 nm），作为过渡金属氧化物纳米颗粒的一部分，形成分层结构。这种分层的纳米结构减少了贵金属的使用，产生了较大的电活性表面积，并在氧电极反应过程中稳定了IrPt合金。
2）与其他具有分层结构的金属-金属氧化物材料的合成方法相比，该金属和金属氧化物是经过一步一步合成的，具有超快，无溶剂/还原剂且易于控制等特点。
3）该分层结构可最大化贵金属催化剂以及过渡金属氧化物纳米颗粒的电活性表面积，以实现最佳的OER和ORR双功能催化活性和纳米催化剂的稳定性。在相同的超电势下，多元素纳米粒子的质量催化活性比ORR中Pt的质量催化活性高7倍，在OER中Ir的质量催化活性高28倍，证明了双功能电催化剂的高活性。
纳米粒子的分层纳米结构的和多元素设计为催化，太阳能电池等提供了通用而强大的替代材料。
Meiling Wu, et, al, Hierarchical Polyelemental Nanoparticles as Bifunctional Catalysts for Oxygen Evolution and Reduction Reactions, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202001119
https://doi.org/10.1002/aenm.202001119
