雙金屬Pt-M（M=過渡金屬）納米顆粒在質子交換膜燃料電池（PEMFCs）中具有廣闊的應用前景，但正極氧還原反應（ORR）中Ostwald熟化過程出現(xiàn)納米顆粒聚集，限制了其應用。
基于此，廈門大學孫世剛院士和田娜教授等人報道了一種新的策略，將P-O官能團結合到Ketjen炭黑（KB）的孔通道中，作為將PtCo合金納米顆粒錨定在碳載體表面（記為PtCo/P2.73Ox-KB）。PtCo/P2.73Ox-KB在0.90 V下的質量活性（MA）和比活性（SA）分別為1.11 A mgPt-1和1.68 mA cm-2，分別是商用Pt/C的6.9倍和7.3倍。經過30000次電位循環(huán)后，PtCo/P2.73Ox-KB的MA下降了24.3%，而商用Pt/C的MA下降了37.5%。利用PtCo/P2.73Ox-KB作為正極的H2-空氣PEMFCs在3.1 A cm-2時具有1.21 W cm-2的高功率密度（正極負載量為0.1 mgPt cm-2），在0.60和0.95 V間循環(huán)30000次后，電池電壓損失為0.8 A cm-2，可以忽略不計，超過了DOE 2025的目標。通過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了催化劑-載體界面的配位結構。兩種模型的最小能量結構如下：（1）Pt殼層中的Pt原子為在孔道中連接P-O官能團的P原子（Pt-P-O）；（2）Pt殼層中的Pt原子與P-O官能團中的O原子相連孔隙通道（Pt-O-P）。Pt-O-P模型的形成能為-2.59 eV，比Pt-P-O模型（-0.73 eV）小1.86 eV，表明Pt-O-P結構比Pt-P-O結構更具有熱力學穩(wěn)定性。此外，通過PtCo/P2.73Ox-KB在1000 ℃下高溫退火1 h，作者研究了P-O官能團與PtCo納米顆粒在界面處的強相互作用。EELS映射圖像顯示，P和O元素在退火前廣泛分布在碳載體上。退火后，P和O元素主要集中在Pt納米顆粒上，表明P-O官能團對PtCo納米顆粒的親和力高于C載體。結果表明，納米顆粒與P-O官能團接枝的C載體之間存在較強的相互作用，產生的錨定效應抑制了PtCo納米顆粒的遷移和聚集。P-O functional group anchoring Pt-Co electrocatalyst for high-durability PEMFCs. Energy Environ. Sci., 2024, DOI: https://doi.org/10.1039/D3EE04503J.
