福州大学程年才教授AM：通过L12-Pt3M金属间核调节铂壳的晶格压缩应变以实现高效的氧还原

第一作者：王子辰

通讯作者：程年才*

单位：福州大学

铂（Pt）基金属间化合物由于高度有序的原子排列结构，以及与表面富Pt层间晶格失配诱导的应变效应，展现出优异的氧还原活性及稳定性，被认为是一类极具应用前景的燃料电池催化剂。然而，表面富Pt层上过强的压缩应变会导致催化剂对反应物（O2）的吸附过弱，不利于反应物的活化，降低了催化剂的ORR催化活性；过弱压缩应变则会导致催化剂对含氧中间体的吸附较强，抑制反应产物的脱除。因此，调控金属间化合物表面富铂层的应变以优化对含氧中间体的吸附性质，对于优化氧还原反应动力学及设计高效燃料电池催化剂具有重要意义。

近日，福州大学的程年才教授在国际知名期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Tailored Lattice Compressive Strain of Pt-skins by the L1₂-Pt₃M Intermetallic Core for Highly Efficient Oxygen Reduction”的文章。该工作通过对Pt基金属间化合物的组分与结构进行设计，精确调控表面富Pt层的晶格压缩应变，以优化催化剂表面Pt位点对反应中间体的吸附强度，实现高效且持久的氧还原。

要点一：利用多孔碳的空间限域作用，制备超小尺寸（平均粒径< 4 nm）的Pt基金属间化合物。通过对多孔碳孔径的精确调节，一方面提供足够的限域作用以确保在高温有序化过程中维持金属间化合物的超小尺寸；另一方面，多孔碳的限域作用避免了在燃料电池工作条件下金属间纳米颗粒的迁移、团聚，提升催化剂的稳定性；此外，精确设计的孔径避免了传质受限，使得Pt基金属间纳米颗粒具有良好的电化学可及性，从而充分发挥催化剂的性能。

要点二：在制备的L1₂-Pt₃Co金属间纳米颗粒表面构筑厚度可控的Pt-skin。通过对Pt基金属间核的组分以及Pt-skin厚度的调节，能够精确控制Pt-skin的晶格压缩应变，从而有效减弱Pt位点对ORR反应中间体的过强吸附。

要点三：优化后的催化剂(L1₂-Pt₃Co@ML-Pt/NPC₁₀)表现出优异的ORR催化活性与耐久性，在0.9 V (vs.RHE)下的质量活性为1.72 A mPt^-1，是商用Pt/C的11倍，且在100,000圈ADT循环后仅衰减5%。

要点四：结合电化学测试和DFT理论分析，构筑Pt-skin压缩应变与催化剂的ORR催化性能间的“火山型”关系。Pt基金属间化合物的组分变化能够诱导Pt-skin产生不同的压缩应变，与其他金属(Cr, Mn, Fe, Zn)相比，L1₂-Pt₃Co@ML-Pt/NPC₁₀在单层Pt-skin上施加了最合适的压缩应变，优化了催化剂在ORR过程中对反应中间体的吸附强度，具有最接近催化性能“火山”顶峰的催化性能。

程年才， 福州大学教授。2010年毕业于武汉理工大学，获工学博士学位。其后于2011-2016年分别在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC），加拿大西安大略大学（UWO）从事新能源纳米材料方面的博士后研究工作。2016.09人才引进加入福州大学材料学院，入选福建省闽江学者、福建省引进高层次人才B类人才。研究领域为氢能及燃料电池，主要从事质子交换膜燃料电池催化剂设计及产业化，课题组已经实现了Pt/C及Pt-M/C催化剂批量化制备工艺。在Nature Communications, Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Nano Energy, Adv. Energy. Mater等学术刊物上发表SCI论文80余篇论文。

Tailored Lattice Compressive Strain of Pt-skins by the L1₂-Pt₃M Intermetallic Core for Highly Efficient Oxygen Reduction

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