微调Pt族金属（PGM）材料暴露的活性中心是提高其在可再生能源器件（如Zn−空气电池）中大规模应用电催化性能的有效途径。然而，传统的合成通常以牺牲耐久性为代价来换取PGM基催化剂的高活性。
近日，受动态氢气泡模板（DHBT）直接金属多孔膜（PFs）制备工艺的启发，美国中佛罗里达大学杨阳教授报道了提出了一种利用动态CO2气泡模板（DCBT）合成PFs的新概念。
文章要点
1）DCBT合成PFs的基本原理是利用通过缓慢多电子转移参与的甲醇电氧化反应（MOR）产生的CO2易于控制并以气态模板的形式原位生成，为DCBT定向合成提供了可行的标准。
2）研究人员选择了Fe掺杂的PtNi（PFN）PFs作为靶平台，设计了一种新颖的电化学DCBT方法来合成具有可控纳米孔结构的PTM PFs。通过在三角波电压驱动电化学阳极氧化过程中引入原位MOR，CO2气泡可以不断地形成并附着在PFN膜表面，防止膜表面与电解液的直接接触，从而起到造孔剂的作用，形成均匀分布的纳米孔结构。
3）由于Pt是MOR的活性相，CO2气泡倾向于在Pt表面生成和吸附，保护Pt在成孔过程中不被氧化/过腐蚀，并暴露出更多的Pt活性位。同时，通过调节三角波频率，可以调节CO2气泡在PFN膜表面的动态生成、吸附、停留和脱附，从而控制纳米孔结构的合成和Pt活性中心的微调暴露。
4）实验结果表明，Pt1.1%Fe8.8%Ni PF具有均匀的纳米孔结构和充分暴露的Pt活性中心，在Pt负载量为0.01 mg cm−2时，10 mA cm-2的电流密度下，氧还原和放氧反应（OER和ORR）的起始过电位（ηonest）和半波电位（E1/2）分别为0.87 V和288 mV。 此外，这种具有纳米孔结构和高度暴露的Pt活性中心的PFN PFs在ZABs中具有无与伦比的活性和耐久性，在500 h（750次）的长循环试验中，获得了175.0 mW cm−2的高功率密度和0.64 V的窄电压间隙。
这种新的DCBT定向合成方法为设计用于ZABs以外的许多能源器件的低PGM催化剂提供了一条很有前途的途径。
参考文献
Guanzhi Wang, et al, CO2 Bubble-Assisted Pt Exposure in PtFeNi Porous Film for High-Performance Zinc-Air Battery, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c04339
https://doi.org/10.1021/jacs.1c04339
