质子交换膜燃料电池（PEMFCs）具有能量密度高、环境友好、低温运行、启动快等优势，然而PEMFCs技术的发展也受到阴极氧还原反应（ORR）缓慢动力学这一关键因素的阻碍。虽然铂基催化剂被认为是最有前景的ORR电催化剂，但Pt的稀缺性、价格昂贵、耐久性差等缺点限制了其广泛应用。因此，设计制备高Pt利用率的高性ORR催化剂对于PEMFCs的发展至关重要。尽管已报道许多Pt/载体杂化材料是ORR的有希望的电催化剂，但从未证明精确控制Pt与载体之间的接触面可以促进ORR。

有鉴于此，重庆大学的王煜、澳大利亚卧龙岗大学的郭再萍和重庆大学的周苗等人，基于理论计算，首次通过将Pt纳米颗粒（NPs）与单晶（Sc）LiTiO₂纳米八面体化学偶联而构建了高效的Pt/载体电催化剂（Pt NPs/Sc-LiTiO₂）。

本文要点

1）首次通过简单的合成策略来化学偶联Pt纳米颗粒（NPs）和单晶（Sc）LiTiO₂纳米八面体，开发了一种新颖的PtNPs/Sc-LiTiO₂复合催化剂。

2）Pt{111}原子晶面与高度晶格匹配的Sc-LiTiO₂{111}晶面接触以形成特定的晶面耦合异质结构，从而导致Sc-LiTiO₂与Pt之间的强协同作用为，以及在Sc-LiTiO₂表面上Pt的外延生长和有利的暴露面。

3）这些关键特征赋予Pt NPs/Sc-LiTiO₂在0.9 V时高质量活性为1.44 A mg⁻¹_Pt，比活性为1.78 mA cm⁻²，分别是商业Pt/C的8.0和7.1倍。同时，它可以经历20000次扫描循环，其活性衰减可以忽略不计，并且形态或组成没有明显变化，显示出出色的ORR耐久性。所得的ORR性能也可与大多数一流的Pt基电催化剂相媲美甚至更好。

总之，该工作提出的合成策略为高效、耐用的Pt基ORR电催化剂提供了一种新的设计思路，而且可以很容易地扩展到其他金属/载体电催化剂的设计制备。

参考文献：

Guangzhen Lv et al. Rational design of perfect interface coupling to boost electrocatalytical oxygen reduction. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105055

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105055