高用量的昂貴鉑（Pt）基催化劑在陰極上緩慢的氧還原反應(yīng)（ORR）動(dòng)力學(xué)，嚴(yán)重阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs）的商業(yè)化。因此，迫切需要通過在保持高耐久性的同時(shí)有效提高ORR活性以減少Pt基催化劑的用量。
基于此，鄭州大學(xué)張佳楠教授和臺(tái)灣淡江大學(xué)董崇禮教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了具有高指數(shù)面（high-index faceted）Pt skin（Pt78Zn22）的魔幻凹面Pt-Zn納米立方體，用于高效催化質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）。
其中，凹形納米立方體形狀提供了更活躍的表面結(jié)構(gòu)，例如原子臺(tái)階和邊緣，同時(shí)也提高了Pt的利用率。實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，Pt78Zn22/KB顯示出顯著的酸ORR活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性。Pt-skin Pt78Zn22/KB在0.9 V（vs RHE）下具有1.18 mA μgPt-1的質(zhì)量活度和3.64 mA cm-2的ORR比活度。同時(shí)，由該催化劑組裝的H2-O2燃料電池具有1449 mW cm-2的超高峰值功率密度。
通過原位同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS）分析和X射線光電子能譜（XPS）分析以及密度泛函理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整表面的電子結(jié)構(gòu)，縮短了Pt-Pt鍵的長度，降低了OH*/O*在Pt表面上的吸附能。
這些發(fā)現(xiàn)表明，高指數(shù)多面Pt-Zn納米結(jié)構(gòu)是有前途的材料候選者，在實(shí)際PEMFCs應(yīng)用中具有顯著增強(qiáng)的性能。此外，該工作證明了抗氧化金屬Zn和富Pt表面工程構(gòu)建的協(xié)同作用。
Concave Pt-Zn Nanocubes with High-Index Faceted Pt Skin as Highly Efficient Oxygen Reduction Catalyst. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202200147.
https://doi.org/10.1002/advs.202200147.
