由于对功率密度和长期需求的高要求，开发用于重型车辆（HDV）质子交换膜燃料电池（PEMFC）中氧还原反应（ORR）的低铂族金属（PGM）催化剂仍然是一个巨大的挑战耐用性。

近日，印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯分校Jian Xie，纽约州立大学布法罗分校Gang Wu，阿贡国家实验室Deborah J. Myers研究了单一富锰位点碳（MnSA-NC）和Pt纳米颗粒之间可能的协同效应，旨在提高PGM催化剂的内在活性和稳定性。

文章要点

1）密度泛函理论(DFT)计算预测碳载体中Pt和MnN₄位点之间存在强耦合效应，从而加强它们在ORR过程中固定Pt纳米颗粒的相互作用。相邻的MnN₄位点削弱了Pt上的氧吸附，从而增强了内在活性。

2）经过必要的高达800°C的高温退火后，分散良好的Pt(2.1nm)和有序的L1₂-Pt₃Co纳米粒子(3.3 nm)保留在MnSA-NC载体上，表明热稳定性增强。两种PGM催化剂均在膜电极组件(MEA)中进行了深入研究，显示出引人注目的性能和耐用性。Pt@MnSA-NC催化剂在0.9 V_iR-free下实现了0.63Amg_Pt^-1的质量活性（MA），并在30,000次循环加速应力测试（AST）后保持了其初始性能的78%。

3）L1₂-Pt₃Co@MnSA-NC催化剂在传统轻型汽车(LDV)H₂−空气条件下（150 kPa_abs和0.10mg_Ptcm⁻²)。此外，HDVMEA（250 kPa_abs和0.20 mg_Pt cm⁻²）中的相同催化剂在0.7V下提供1.75Acm⁻²，在AST90,000次循环后仅损失18%的性能，表现出满足DOE目标的巨大潜力。

参考文献

Yachao Zeng, et al, Regulating Catalytic Properties and Thermal Stability of Pt and PtCo Intermetallic Fuel-Cell Catalysts via Strong Coupling Effects between Single-Metal Site-Rich Carbon and Pt, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c03345

https://doi.org/10.1021/jacs.3c03345