质子交换膜燃料电池（PEMFCs）以其高效、无污染的特点，在构建未来可持续能源体系中发挥着不可替代的作用，受到学术界和工业界的广泛关注。然而，用于氧还原反应（ORR）的Pt催化剂的稳定性问题已成为制约其广泛应用的核心问题。

近日，湖南大学黄宏文教授综述了提高用于ORR的Pt基催化剂稳定性的最新研究进展。

文章要点

1）作者首先重点概述了用于ORR的Pt基催化剂的降解机制，包括：i）作为Pt基催化剂载体的碳腐蚀；ii）催化剂溶解（Pt溶解、Pt基合金纳米颗粒中活性金属元素的优先浸出）；iii）纳米颗粒的烧结（奥斯特瓦尔德成熟和结块）。

2）在过去的几十年里，表征技术的快速发展使得对亚纳米尺度的结构表征成为可能，并使得揭示催化剂在工作条件下的结构演变成为可能。而日益成熟的先进表征技术为人们深入了解Pt基催化剂在ORR操作条件下的降解机理提供了很好的机会，这对于合理设计耐用的Pt基催化剂，进而促进PEMFCs的进一步实际应用具有重要意义。作者接下来总结了用于揭示Pt基ORR催化剂降解过程的最新表征技术，包括：i）显微技术（透射电子显微镜（TEM）、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和扫描隧道显微镜（STM））；ii）光谱学技术（X射线衍射（XRD）、小角X射线散射（SAXS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收（XAS）谱）。

3）作者接下来总结了提高Pt基催化剂耐久性的策略，并分为三类，包括：i）增强载体稳定性（碳载体的石墨化以及可替代的耐用型载体材料、）；ii）抑制纳米颗粒的溶解（Pt表皮结构的形成、掺杂剂对Pt溶解的抑制作用、Pt基合金纳米颗粒的强内相互作用、物理约束）和减轻烧结（控制催化剂的大小、组成和形貌以及构建纳米颗粒与载体间的强相互作用）。

4）作者最后指出了提高Pt基ORR催化剂稳定性仍面临的一些挑战以及研究方向，包括：i）开发多模态原位表征技术；ii）综合多维策略提高催化剂耐久性；iii）学术研究与工业应用仍存在差距，应建立两者之间的桥梁。总之，Pt基ORR催化剂的稳定性与其活性同等重要，只有解决了稳定性问题，才能进一步推动PEMFCs的发展。

参考文献

Jiawei Zhang, et al, Stabilizing Pt-Based Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction: Fundamental Understanding and Design Strategies, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202006494

https://doi.org/10.1002/adma.202006494