以燃料电池为代表的高温电催化过程中迫切需要高活性的金属纳米催化剂，但纳米颗粒的热稳定性较低，且电极结构的复杂界面要求同时支持离子和电子传输。因此，嵌入复杂电极结构中的纳米颗粒到底起到什么作用，并不清晰。近日，韩国Hyun You Kim , Sang Ouk Kim和WooChul Jung团队提出了一种理想的模型电极系统，揭示了金属纳米粒子是如何增强燃料电池固体氧化物电极的电催化活性。研究人员构建了一种理想的模型电极系统：首先制备出在超过600℃高温条件下稳定存在的多种单分散金属纳米颗粒（Pt，Pd，Au和Co），平均尺寸为10nm。并通过先进的自组装纳米图案化方法将其均匀地分布在混合导电氧化物电极上，并用透气的SDC薄层封装金属纳米颗粒以避免聚结。这种巧妙的电极设计能够在每个纳米粒子上实现理想化的三相界面，分别通过底部SDC层和附近的金属阵列实现无障碍离子和电子传输，并精确测量电极的单分散纳米粒子阵列催化剂的几何形貌。首次定量测量证实金属-二氧化铈界面对H2氧化反应具有电化学活性：金属纳米粒子通过提供额外的电子来加速整体反应动力学，从而在金属-二氧化铈界面（RDS）上促进水的解吸。这表明，在金属-载体相互作用过程中利用催化协同作用是关键，即使在高温电化学反应期间，例如在Pt-SDC电极上，也是如此。
Yoonseok Choi, Seung Keun Cha, Hyunwoo Ha, Siwon Lee, Hyeon Kook Seo, Jeong Yong Lee, Hyun You Kim, Sang Ouk Kim, WooChul Jung, Unravelling inherent electrocatalysis of mixed-conducting oxide activated by metal nanoparticle for fuel cell electrodes. Nature nanotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41565-019-0367-4
