在过去的15年里，具有富集层的核−壳纳米粒子已经成为用于氧还原反应（ORR）的有效电催化剂。然而，迄今为止，人们对关于颗粒核中钴物种的化学状态对ORR性能，特别是对长期耐久性的影响程度尚未完全清楚。

近日，布伦瑞克工业大学Mehtap Oezaslan考察了Pt_xCo_1-x核−壳催化剂在ORR过程中以及在施加不同加速应力测试方案后的内部Co原子的化学态及其稳定性。

文章要点

1）值得注意的是，与Pt/C相比，活化的Pt_xCo_1-x核-壳催化剂在0.95 V下的Pt质量活性增加了3.7-5.3倍以上，Pt表面积比活性增加了5.8-10.6倍以上。出色的ORR活性源于颗粒核的化学成分，其中钴不仅以金属状态存在，而且X射线光电子能谱检测到40-60%的Co氧化物物种。Co氧化物物种很可能是通过电化学脱合金的活化过程中前体催化剂的残余物。此外，Pt_xCo_1-x核-壳催化剂在AST中表现出改善的耐久性和高的抗电化学溶解钴保留率(例如，在0.5和1.5 V之间的2000次循环后超过>70%的Co)。

2）尽管电化学活性Pt表面积和粒度的潜在循环相关变化可以忽略或适中，Pt_xCo_1-x核-壳催化剂的ORR活性降低，但仍超过Pt/C的23倍。观察到的Pt_xCo_1-x核壳催化剂ORR性能的损失很可能与作为主要降解过程的奥斯特瓦尔德熟化有关，奥斯特瓦尔德熟化导致聚四氟乙烯颗粒壳的厚度增加。值得注意的是，在侵蚀性AST条件下，内部Co氧化物物种的稳定性几乎不受影响。研究人员认为Co物种可能具有积极的作用，甚至可能是金属钴的尚未发现的替代品，以提高Pt_xCo_1-x核-壳催化剂的ORR活性和长期耐久性，使其超过预期的使用寿命。

参考文献

Philipp Weber, et al, Highly Durable Pt-Based Core−Shell Catalysts with Metallic and Oxidized Co Species for Boosting the Oxygen Reduction Reaction, ACS Catal. 2022

DOI: 10.1021/acscatal.2c00514

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c00514