Pt催化增强L10-FePt/Pt纳米粒子燃料电池高效氧还原反应

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       质子交换膜燃料电池（PEMFC）通过燃料的耦合氧化和氧气还原将储存在燃料（如氢气或酒精）中的化学能转化为电能。在该能量转换装置中，铂（Pt）作为催化剂在氧化和还原反应过程中是必不可少的。但是，Pt催化剂本身显示出缓慢的4-电子氧还原反应（ORR）动力学并且在腐蚀性反应环境中缺乏所需的长期稳定性，这是我们不希望的。因此，通过理解Pt与许多含氧反应中间体的结合能以及通过使Pt与第一行过渡金属M合金化，致力于改善Pt上的ORR催化。

       近日，在美国布朗大学孙守恒教授（通讯作者）课题组的带领下，与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、加拿大达尔豪西大学、美国布鲁克海文国家实验室和华中科技大学合作，报道了如何稳定金属间化合的L10-MPt合金纳米颗粒（NPs）结构中的第一行过渡金属，以及如何用Pt的原子层围绕L10-MPt以增强Pt催化剂用于燃料电池的氧还原反应（ORR）。以8nm FePt纳米粒子为例，证明了Fe可以在具有5埃Pt壳层的核/壳结构化L10-FePt/Pt中更有效地稳定。Fe在合金核心中的存在诱导了薄Pt壳的压缩，特别是Pt壳的两个原子层，进一步改善了ORR催化。这导致在0.1M HClO4溶液（在室温和60℃）和在80℃的膜电极组件（MEA）中Pt的ORR性能大大提高。L10-FePt/Pt催化剂在半电池ORR测试中具有0.7A/ mgPt的质量活性，并且在MEA中，80°C下在0.6和0.95V之间的30000次循环后没有显示出明显的质量活性损失，达到美国能源部2020年目标（质量活性损失<40％）。相关成果以题为“Fe Stabilization by Intermetallic L10-FePt and Pt Catalysis Enhancement in L10-FePt/Pt Nanoparticles for Efficient Oxygen Reduction Reaction in Fuel Cells”发表在了J. Am. Chem. Soc.上。