用于聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）的高活性和耐用阴极材料的开发对于实现燃料电池汽车（FCV）的普及至关重要。为了克服负载在炭黑（Pt/C）上的常用Pt纳米颗粒（NPs）的相对较低的氧还原反应（ORR）活性，已提出了各种基于Pt的纳米体系结构。尽管对核-壳催化剂的ORR性质进行了深入研究，但详细的催化机制由原子排列，组成，应变，和Pt之间的电子转移确定和M或X原子仍在讨论中。不管针对各种高性能ORR催化剂提出的纳米结构如何，确保PEMFC工作条件下的电化学稳定性都是下一代ORR催化剂开发的重中之重。

有鉴于此，日本东北大学Naoto Todoroki等人，通过在Pd(111)衬底表面真空沉积Ir和Pt合成了作为第三元素修饰的核壳型Pd@Pt催化剂的表面结构模型，层间和表面Ir修饰的Pt/Pd(111)模型催化剂，表面[Pt/Ir/Pd(111)和Ir/Pt/Pd(111)]。

本文要点

1）将氧还原反应（ORR）特性（初始活性和电化学稳定性）与未Ir-修饰的Pt/Pd（111）进行了比较，并在近表面区域的原子结构观察的基础上进行了讨论。非Ir修饰的和Ir修饰的Pt/Pd（111）表面的ORR活性均可提高到500个电位循环(PCs) (0.6 ~ 1.0 V)，这可能是由于Pd原子的溶解导致表面Pt(111)壳层致密化所致。

2）未修饰的Pt/Pd(111)表面在500 ~ 5000 PCs之间单调失活。层间Ir改性的Pt/Ir/Pd(111)表面的ORR活性和耐久性均有提高。实际上，相比而言，在500~5000 PCs，它的性能优于表面Ir修饰的Ir/Pt/Pd（111）。此外，与纯Pt（111）相比，Pt/Ir/Pd（111）在1000 PC时显示出五倍的活性增强，在5000 PC之后显示出四倍的活性增强。相比之下，Ir/Pt/Pd(111)的ORR活性在500 PCs时几乎保持不变，在5000 PCs时约有3.5倍的增强。

3）考虑到通过扫描透射电子显微镜，能量色散X射线光谱和X射线光电子光谱进行表面化学状态分析的原子分辨观察结果，ORR行为表明位于Pt（111）壳层中的Ir有助于提高ORR活性，通过Ir和Pt表面原子之间的电荷转移，而PC加载产生的表面Ir氧化物与ORR耐久性的提高相关。

总之，该工作论证了一种有效的提高Pt基核壳型催化剂ORR性能的方法，即在PC加载过程中原子解析结构评估所得出的增强策略，即添加第三种元素Ir。

参考文献：

Keisuke Kusunoki et al. Oxygen Reduction Reaction of Third Element-Modified Pt/Pd(111): Effect of Atomically Controlled Ir Locations on the Activity and Durability. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c04054

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04054