质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极缓慢的氧还原反应(ORR)是从动力学上限制燃料中化学能向电能的转化的最重要因素。基于Pt的纳米颗粒在活性和耐久性方面都是ORR最可行的催化剂。然而，Pt的低丰度和高成本成为PEMFCs大规模商业化的障碍。为缓解这一问题，Pt-M（其中M通常是一种更丰富、更便宜的过渡金属，如Fe、Co和Ni）合金纳米晶体已被广泛用作ORR的下一代催化剂。这些催化材料具有显着提高的ORR活性，同时提供了降低成本和Pt含量的途径。在各种Pt−M合金中，Pt−Co体系因其相对较高的ORR活性、在酸性介质中的长期耐久性以及溶解的CoII离子对聚合物电解质的低毒性而受到相当大的关注。尽管对Pt-Co合金纳米晶体作为ORR催化剂进行了广泛的探索，但值得指出的是，大多数测试是在室温下将液体半电池放置在环境中进行的，而不是使用膜电极组件（MEA）在温度为80^oC的条件下测试，后者与PEMFC的操作更为相关。最近对基于Pt的多面体纳米晶体的研究表明，粒径大于9 nm的多面体纳米晶体在MEA测量中显示出的ORR催化性能明显比在液体半电池测试中差。为了解决此问题，催化颗粒应具有足够小的均匀尺寸，以确保燃料电池具有令人满意的性能。

有鉴于此，美国佐治亚理工大学夏幼南教授等人，开发了一种简便且可扩展的策略，用于合成Pt-Co八面体纳米晶体（TONs），其边缘长度均约为4纳米，并进一步探讨了它们在液体半电池和燃料电池运行条件下作为一种活性和耐用的ORR催化剂的作用。

本文要点

1）与文献报道的利用Co₂(CO)₈作为金属羰基添加剂得到的8-nm Pt₃Co TONs不同，使用Mn₂(CO)₁₀生成Mn⁰和CO分别作为形状导向剂和还原剂。通过使用Pt(acac)₂和Co(acac)₂作为前驱体，以及从Mn₂(CO)₁₀分解而来的CO分子和Mn原子分别作为还原剂和{111}小平面定向剂，方便且可扩展地合成Pt-Co八面体纳米晶体（TONs）。值得注意的是，CHCl₃的引入可以通过改变PtII和CoII离子的配位环境，在调节Pt–Co TONs的产量和组成的同时，抑制Pt-Mn合金的形成。

2）基于这一策略，通过调节反应混合物中Mn₂(Co)₁₀和/或CHCl₃的量，可以合成具有不同尺寸和组成的Pt–Co TONs。当负载在碳上时，4 nm Pt−Co TONs在液体半电池中在0.85 V时的质量活性为310 Ag_Pt^-1，在0.9 V时的质量活性为384 Ag_Pt^-1，在30,000次MEA循环测试后的损失为24%。所有这些数据都大大超过了商业TKK Pt₃Co/C的性能（BOL时为230 Ag_Pt^-1，，EOL进行30 000次循环后损失40％）。

3）分析表明，活性的增强可归因于小而均匀的大小和结构明确的{111}面的组合。这类新型催化剂有望用于质子交换膜燃料电池。

参考文献：

Min Shen et al. Pt–Co truncated octahedral nanocrystals: a class of highly active and durable catalysts toward oxygen reduction. Nanoscale, 2020.

DOI: 10.1039/D0NR02904A

https://doi.org/10.1039/D0NR02904A