10月6日，應(yīng)用材料領(lǐng)域國際頂級期刊Appl. Catal. B Environ.在線發(fā)表華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王得麗教授團(tuán)隊(duì)研究成果《Structure Evolution of PtCu Nanoframes from Disordered to Ordered for the Oxygen Reduction Reaction》。論文第一作者為2016級博士生龔明星和北京物理所肖東東博士，王得麗教授和Huolin Xin教授(University of California, Irvine)為論文通訊作者。
高活性、高穩(wěn)定性O(shè)RR催化劑對于燃料電池輸出性能和功率密度的提升至關(guān)重要。短期內(nèi)Pt仍是不可替代的活性組分，但受制于其儲(chǔ)量、價(jià)格、易毒化等因素，如何進(jìn)一步改性該類材料，提高貴金屬Pt原子經(jīng)濟(jì)性，提升材料催化活性、循環(huán)穩(wěn)定性是當(dāng)務(wù)之急。過去十年的研究表明，結(jié)構(gòu)、形貌調(diào)控可有利于優(yōu)化貴金屬基催化劑的原子利用率以及催化性能，如納米花狀、立方體、棒狀、線狀和框架結(jié)構(gòu)等均顯示出優(yōu)異的性能，特別是框架結(jié)構(gòu)具有較大的可接觸面積和最大化的Pt利用率，是較為理想的ORR催化材料，引起了廣泛關(guān)注。有鑒于此，王得麗教授團(tuán)隊(duì)采用簡單的一鍋溶劑熱法可控合成Pt-Cu納米框架結(jié)構(gòu)（PtCu NFs）并對其進(jìn)行了全面的結(jié)構(gòu)表征與分析（如圖1），該P(yáng)tCu NFs表現(xiàn)出較好的ORR催化活性；但由于過渡金屬溶解、結(jié)構(gòu)坍塌導(dǎo)致該催化劑的穩(wěn)定性還不能滿足電池長效運(yùn)行需求。▲圖1. PtCu NFs的結(jié)構(gòu)表征與分析
為進(jìn)一步提升Pt基合金的抗腐蝕性能，該團(tuán)隊(duì)長期以來致力于有序金屬間化合物的制備，即將傳統(tǒng)的Pt基無序合金轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚪饘匍g化合物以進(jìn)一步優(yōu)化其活性特別是穩(wěn)定性。當(dāng)合金體系中原子間轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛳鄷r(shí)，Pt-M金屬間化合物的穩(wěn)定性將顯著增強(qiáng)，這是由于有序化過程中較大的生成焓和較強(qiáng)Pt(5d)-M(3d)軌道耦合效應(yīng)導(dǎo)致。在有序Pt3Co、PtFe、PtNi和PtZn金屬間化合物中，Co、Fe、Ni和Zn原子在循環(huán)過程中溶解程度均得到有效地抑制，表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗酸、抗蝕刻化學(xué)穩(wěn)定性，從而大大地提升了其對ORR的耐久性。更重要地是，這種結(jié)構(gòu)中有序核誘導(dǎo)的Pt表層還將進(jìn)一步促進(jìn)表層Pt晶格收縮，這對ORR的活性提高至關(guān)重要。為此，該課題組探索出合適的熱處理?xiàng)l件，實(shí)現(xiàn)了PtCu二元體系中合金相由無序到有序的轉(zhuǎn)變，所得L11-PtCu在酸性環(huán)境中經(jīng)30000圈循環(huán)質(zhì)量活性僅損失15%，大大優(yōu)于無序態(tài)合金。最后，該團(tuán)隊(duì)采用三維重構(gòu)輔助原位加熱實(shí)驗(yàn)探究了框架結(jié)構(gòu)有序化過程中的結(jié)構(gòu)演變過程，揭示有序過程的驅(qū)動(dòng)力以及過快的原子遷移速率會(huì)導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的塌陷和聚集，為后續(xù)形貌可控的金屬間化合物探索制備提供了可視化的理解和指導(dǎo)（如圖2）。▲圖2. PtCu NFs原位加熱過程中的結(jié)構(gòu)演變的三維重構(gòu)。
以上工作得到國家自然科學(xué)基金、國家留學(xué)基金委、華中科技大學(xué)人才引進(jìn)基金、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。王得麗，教授，博士生導(dǎo)師，2013年初入職華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，建立電化學(xué)能源與環(huán)境材料實(shí)驗(yàn)室。2008年7月博士畢業(yè)于武漢大學(xué)，博士畢業(yè)后先后在新加坡南洋理工大學(xué)燃料電池研究中心和在美國康奈爾大學(xué)能源材料研究中心做博士后研究工作。多年來一直從事燃料電池電極催化劑以及鋰電池電極材料的設(shè)計(jì)以及性能優(yōu)化方面的研究。近年來，在Nat.Mater.，Nat. Commun.， JACS， Nano Lett. 等國內(nèi)外知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇，獲得美國授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，中國發(fā)明專利6項(xiàng)，擔(dān)任《Chinese Chemical Letter中國化學(xué)快報(bào)》青年編委、《JPHYS.Energy》、Energy&Fuels》、《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》和《Nano Materials Science》編委。課題組隸屬于華中科技大學(xué)能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119617http://deli.chem.hust.edu.cn/
