在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中，铂（Pt）基氧还原反应（ORR）电催化剂如何同时具有高质量活性和高耐久性仍然是一个挑战。

近日，中科院物理研究所Dong Su，北京航空航天大学水江澜教授报道了一种具有超薄孔纳米管（UHT）结构的Pt−M（M=Ni，Co）合金催化剂，其具有前所未有的综合电催化性能。

文章要点

1）通过静电纺丝技术制备PVP/H₂PtCl₆/Ni(NO₃)₂(或Co(NO₃)₂)纤维，将其分解成金属氧化物纳米管，然后还原成Pt合金纳米管。首先，过渡金属Ni和Co的引入对于通过Kirkendall效应形成纳米管结构必不可少；否则，将会产生固体Pt纳米线。第二，为了获得薄的纳米管直径和超薄的壁厚，需要稀释的前体溶液和缓慢的进料速率。否则，将制备厚纳米管（壁厚10200nm ）；第三，为了制造平坦的催化剂层，电纺纤维膜应该在空气中以空间受限的方式进行热处理。

2）UHT具有2−3 nm的超薄壁，并形成厚度小于1μm的自支撑网络状催化层，具有高效的传质和100%的表面暴露，从而实现了对Pt原子的高利用率。与合金化效应产生的高本征活性相结合，催化剂实现了高质量活性。

3）此外，UHT结构不仅避免了纳米颗粒的团聚问题，而且管壁的低曲率也使UHT具有较低的表面能（不到相同尺寸纳米颗粒的1/3），因此UHT更抗Ostwald熟化，并且更稳定。

4）基于UHT，研究人员首次在一个催化剂上实现了美国DOE的质量活性目标和负载和启动−停止循环的双重耐久性目标。因此，该研究为制备具有高原子效率和优异耐久性的电催化剂提供了有效的结构策略。

参考文献

Jieyuan Liu, et al, Ultrathin Nanotube Structure for Mass-Efficient and Durable Oxygen Reduction Reaction Catalysts in PEM Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08361

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08361