設(shè)計(jì)一種高效、低鉑（Pt）負(fù)載量、穩(wěn)定性好的酸性氧還原反應(yīng)（ORR）催化體系仍然是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）廣泛應(yīng)用的挑戰(zhàn)?；诖耍?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授和周煌博士等人報(bào)道了一種氣相有序合金化策略，并構(gòu)建了一個(gè)有效的協(xié)同催化體系，該體系將PtM金屬間化合物（PtM IMC，M=Fe、Cu和Ni）和致密的分離過渡金屬位點(diǎn)（M-N4）混合在氮摻雜碳（NC）上。由此產(chǎn)生的Pt1Fe1 IMC與Fe-N4位點(diǎn)合作實(shí)現(xiàn)了協(xié)同ORR，半波電位為0.94 V，質(zhì)量活性高達(dá)0.51 A mgPt?1，在30 k循環(huán)后僅衰減23.5%，兩者都超過了DOE 2025的目標(biāo)。
通過DFT計(jì)算，作者研究了Pt1Fe1/Fe1-N-C上觀察到的顯著ORR活性的機(jī)理。根據(jù)表征結(jié)果，Pt1Fe1/Fe1-N-C主要由較小的Pt1Fe1 IMC及其鄰近的Fe-N4位點(diǎn)組成。鑒于Pt在合金表面的偏析，作者認(rèn)為應(yīng)變Pt(111)和單個(gè)Fe原子是主要的活性位點(diǎn)，明確考慮了它們對提高ORR活性的作用。在Pt1Fe1/Fe1-N-C催化劑上，具有三種可能的結(jié)合反應(yīng)坐標(biāo)。第一途徑和第二途徑分別是發(fā)生在單個(gè)活性位點(diǎn)的催化作用，即單個(gè)Fe原子位點(diǎn)（Fe-N-C路徑）和PtFe IMC的應(yīng)變Pt(111)表面（應(yīng)變Pt路徑）。Fe-N-C路徑和應(yīng)變Pt路徑的速率決定步驟（RDS）分別為*OH + H+ + e? →* + H2O和* + O2 + H+ + e? →*OOH，自由能變化為0.81 eV。第三種途徑，即在單個(gè)Fe原子位點(diǎn)上產(chǎn)生的H2O2分子可以被釋放并遷移到鄰近的應(yīng)變Pt(111)表面，然后H2O2會(huì)在應(yīng)變的Pt(111)表面迅速還原為H2O。因此，Pt1Fe1/Fe1-N-C多位點(diǎn)協(xié)同ORR途徑的催化效率，優(yōu)于其他催化劑的直接四-電子途徑。Coupling Single-Atom Sites and Ordered Intermetallic PtM Nanoparticles for Efficient Catalysis in Fuel Cells. Small, 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202302328.
