随着铂（Pt）负载量的降低，质子交换膜燃料电池（PEMFC）在高电流密度（HCD）区性能损失严重。较小的电催化剂粒径来实现较高的电化学活性表面积（ECSA）是解决这一问题的关键。然而，亚2 nm纳米团簇较差的电催化活性和稳定性限制了其尺寸缩小的潜力。
基于此，华北电力大学Jianguo Liu，南京大学Jia Li报道了采用一种高效、可扩展的微波辅助多元醇还原法成功地合成了小于2 nm的Co掺杂Pt纳米团簇。
文章要点
1）与未掺杂的Pt和商品Pt相比，Co掺Pt纳米团簇的ECSA明显提高。此外，Co掺杂的Pt纳米团簇表现出前所未有的亚2 nm纳米团簇的MA和耐久性。这种纳米团簇掺杂策略在稳定和活化小尺寸电催化剂方面的通用性被其他3D过渡金属（Fe，Ni）掺杂所证实。
2）结构和成分表征以及密度泛函理论（DFT）计算表明，掺杂降低了纳米团簇的总能量，实现了尺寸控制。掺杂剂使d带中心下移，优化了含氧中间体的结合能。从而提高了纳米团簇的活性。此外，掺杂还增大了空位形成能，提高了材料的耐久性。
3）Co掺杂的Pt纳米团簇在整个电流密度范围内表现优于商用Pt，与最近发表的论文中的先进铂基催化剂相当。在H2-Air PEMFC测试中，由于Pt负载量减少而造成的HCD性能损失显著降低。此外，经过30 K循环方波加速耐久试验(ADT)，掺杂Co的Pt/C比商用Pt/C更稳定。
由于过渡金属掺杂策略成功地解决了铂纳米团簇的活性和稳定性问题，因此这项工作对于促进低铂负载量质子交换膜燃料电池中铂纳米团簇的研究具有重要意义。
参考文献
Xiao Duan, et al, Cobalt-Doping Stabilized Active and Durable Sub-2 nm Pt Nanoclusters for Low-Pt-Loading PEMFC Cathode, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103144
https://doi.org/10.1002/aenm.202103144
