具有高达70%发电效率的碱性燃料电池（AFCs）作为动力源用于太空计划的首批燃料电池。这些AFCs使用氢氧化钾（KOH）溶液作为电解质，以实现在阳极和阴极之间传导离子。与聚合物电解质膜燃料电池的酸性环境不同，AFCs中的碱性介质可以为保护电催化剂提供较少的腐蚀性环境，并为氧还原反应（ORR）提供相对快速的动力学。然而，由于活泼阳离子的存在引起的碳化效应，其性能也容易严重下降。

近日，美国纽约州立大学宾汉姆顿分校Jiye Fang，Nikolay Dimitrov报道了采用一种简便的电沉积−剥离方法制备出成分可控的Pt-Cu-Au薄膜，并对这些薄膜在碱性介质中作为ORR电催化剂的高活性和长期耐久性进行了全面的测试。

文章要点

1）用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱（EDX）对Pt-Cu-Au薄膜进行了形貌和成分分析，采用扫描透射电子显微镜（STEM）/EDX绘制了核/表面元素分布图。利用X射线光电子能谱（XPS）分析了催化剂的电子结构，并用氢UPD（H-UPD）和CO剥离技术分别表征了由Pt活性位和Pt电子结构组成的电化学表面积（ECSA）。此外，采用线性扫描伏安法（LSV）和循环伏安法（CV）进行ORR活性和耐久性试验。

2）结果显示，在所测试的薄膜催化剂中，Pt₃₇Cu₅₆Au₇合金催化剂的质量和比活性分别比Pt/C（40 wt% Pt）高7.20倍和8.15倍。除了优异的催化性能外，Pt₃₇Cu₅₆Au₇多孔膜还表现出良好的耐久性，在10000次ADT电位循环后，半波电位只有9 mV的负移。因此，Pt₃₇Cu₅₆Au₇多孔膜有望成为AFC中最有前途的薄膜阳极电催化剂。

3）初步力学研究表明，由于韧带结构中Cu下面的配体效应和应变效应造成了Pt d带中心的下移。此外，Au和Pt之间的协同效应也促进了在碱性介质中的ORR。此外，催化活性和Au掺杂的比例具有火山形的关系。

该研究结果将ORR活性与电子性质，组成和微观结构联系起来，有望为电催化剂设计和合成提供有益的指导。

Yunxiang Xie, et al, Enhanced ORR Kinetics on Au-Doped Pt−Cu Porous Films in Alkaline Media, ACS Catal. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c02690

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02690