阻碍质子交换膜燃料电池广泛商业化的关键问题之一是氧还原反应（ORR）催化剂的高成本和性能不足。

近日，佐治亚理工学院Bote Zhao，刘美林教授，华中科技大学王春栋副教授报道了一种由有序的金属间化合物Pt合金纳米颗粒附着在原子分散的Fe-N-C位的N掺杂碳基体上的复合ORR催化剂，其表现出显著提高的催化活性和耐久性，在5,000次加速耐久性试验后，半波电位达到0.923 V，活性损失可以忽略不计。

文章要点

1）该复合催化剂是通过在掺杂N的碳基体上沉积Pt纳米颗粒和随后的热处理来制备的，其中Fe-N-C原子分散在金属-有机骨架上。后者在壳层表面形成了具有Pt原子的核壳结构的Pt合金纳米粒子，有利于ORR的活性和稳定性。而Fe在多孔Fe-N-C基质中的存在不仅为ORR提供了更多的活性位点，而且有效地增强了复合催化剂的耐久性。

2）如实验测量和计算分析所证实，观察到的性能增强主要归因于复合催化剂的独特结构。此外，采用已开发的ORR催化剂构造的燃料电池具有1.31 W cm^-2的高峰值功率密度。

这项工作中开发的策略适用于开发其他电催化反应的复合催化剂。

Xiang Ao, et al, Atomically Dispersed Fe-N-C Decorated with Pt-alloy Core-shell Nanoparticles for Improved Activity and Durability towards Oxygen Reduction, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE00832J

https://doi.org/10.1039/D0EE00832J