谢水奋教授、张霞光副教授，AM：新型双相Pd纳米片解锁氧还原反应活性与稳定性的权衡关系

第一作者：吕梓禧，蔡俊林

通讯作者：谢水奋*，张霞光*

单位：华侨大学，河南师范大学

氧还原反应(ORR)的活性-稳定性权衡关系是困扰电催化剂研制和阻碍燃料电池广泛应用的一个棘手问题。实验和理论研究都在努力寻求同时具备高活性和高稳定性的ORR电催化剂，以获得适用的电池性能。然而，在高工作电位下，大部分催化剂的ORR活性位点很容易与电解质中的其他腐蚀性物质结合或被腐蚀溶解，导致催化剂降解和快速失活。通常具有高ORR初始活性的电催化剂往往长期稳定性不足。因此，为了满足商业化的要求，急需研制出能够打破ORR活性和稳定性之间的权衡关系的新型催化材料。本研究工作成功合成了具有超薄晶体Pd内核和原子杂化RhO_x/Pd非晶表层的核壳型双相Pd纳米片。该催化剂在显著提升ORR活性的同时还具备极出色的稳定性，实现了ORR活性和稳定性的权衡关系的破解。

近日，来自华侨大学的谢水奋教授与河南师范大学的张霞光副教授合作，在国际顶级期刊Advanced Materials上发表题为“Biphase Pd Nanosheets with Atomic-Hybrid RhO_x/Pd Amorphous Skins Disentangle the Activity-Stability Trade-Off in Oxygen Reduction Reaction”的观点文章。该观点文章针对燃料电池中氧还原反应（ORR）的活性与稳定性之间的权衡问题，提出了创新的解决方案。该工作成功合成了一种独特的核壳型双相钯纳米片（c/a-Pd@PdRh NSs），该催化剂由超薄的二维晶体Pd内核与原子级混合RhO_x/Pd非晶表面层的组合而成。这种独特的结构设计在保持ORR高活性的同时还具备极为出色的长期稳定性，成功打破了ORR电催化剂活性和稳定性的权衡关系。

设计合成的双相Pd纳米片（c/a-Pd@PdRh NSs）具有独特的核壳型结构，由超薄的二维晶体Pd内核和约1纳米厚的原子杂化RhO_x/Pd非晶表层组成。这种奇特结构极大增加了表面灵活配位的活性位点数量，同时，高度杂化的RhO_x/Pd界面能充分调控表面活性位的电子结构和反应特性。

c/a-Pd@PdRh NSs催化剂展现出了优异的ORR质量活性（5.92 A mg^-1），相比于商业Pt/C催化剂提升了22.8倍，并且在经过10万次ADT测试后，半波电位仅衰减7 mV。成功实现了对于ORR活性与稳定性的双重显著提升。

通过详细的能量谱分析和理论模拟，确认了RhO_x/Pd界面可以引起表面电荷重新分布，有助于减弱反应中间体物种的吸附强度，从而显著提升ORR动力学。同时，抗腐蚀的Rh/RhO_x物种可以有效阻止Pd原子的氧化溶出，进一步增强了催化剂的耐久性。

高效、稳定电催化剂的研制是推动燃料电池大规模应用的关键。本研究成功合成了具有原子杂化RhO_x/Pd非晶表层的双相Pd纳米片，实现了碱性ORR活性和稳定性的双重显著提升，解锁了ORR催化剂活性与稳定性之间的权衡关系，有望解决燃料电池运行效率和稳定性不足的难题。同时，这一成果为设计和制备面向各种能源转化反应的高效电催化剂，提供了一种基于表面催化活性层高度异质杂化的全新方案。

“Biphase Pd Nanosheets with Atomic-Hybrid RhO_x/Pd Amorphous Skins Disentangle the Activity-Stability Trade-Off in Oxygen Reduction Reaction”

谢水奋教授简介：华侨大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2007年厦门大学化学系本科毕业，2013年厦门大学化学系获得理学博士学位，2011年9月到2013年8月期间于美国佐治亚理工学院从事访问研究。2014年3月到2016年3月于厦门大学物理系任副教授；2016年4月起任职于华侨大学材料科学与工程学院。从事“纳米能源催化”领域研究，涵盖催化剂表界面结构的原子水平设计/合成、催化性能评估以及催化增强机理的分子水平研究。先后主持多项国家自然科学基金和福建省自然科学基金，入选福建省杰青、福建省青年拔尖人才、福建省高校新世纪优秀人才支持计划。以第一作者/通讯作者在JACS, Angew. Chem. Int. Ed., AM, Nano Lett., ACS Catal., AFM, Nano Energy等重要期刊上发表多篇研究论文，他人引用5500多次，H index为39。

张霞光副教授简介：河南师范大学化学化工学院副教授、硕士生导师。2019年厦门大学化学化工学院获得理学博士学位。2019年8月起任职于河南师范大学化学化工学院。从事理论计算化学在表界面光电化学反应领域的应用研究。主持国家自然科学基金青年项目、河南省自然科学基金优秀青年基金项目、河南省自然科学基金青年项目等。近五年以（共同）第一作者/（共同）通讯作者身份在JACS, Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., J. Chem. Phys., J. Phys. Chem. Lett., J. Phys. Chem. C, Phys. Chem. Chem. Phys. 等权威刊物发表20余篇研究论文。