郭海中教授、王自昱教授，AM观点：混合维度的Pt-Ni多面体纳米链

第一作者：夏田雨，赵凯

通讯作者：郭海中*，王自昱*

单位：郑州大学，武汉大学

贵金属Pt因具有良好的吸附/脱附能力，是公认的优异催化材料，但Pt基纳米催化剂在实际应用时仍面临进一步提高其性能的技术瓶颈。提高Pt基催化材料催化活性最直接的方法是减小颗粒尺寸，通过增大比表面积获得突出的催化活性。但颗粒尺寸越小将导致其在长时间应用时越容易溶解在强酸/强碱电解液中，导致结构塌缩，影响催化剂的稳定性。同时颗粒尺寸减小带来的低配位活性原子增多，也会导致稳定性下降。

在已经报道的材料中，拥有{111}面的0维Pt-Ni纳米多面体被证实是优势电催化剂，但颗粒尺寸较小导致其稳定性较差。而一维Pt-Ni纳米线虽然尺寸相对较大，能够在长时间稳定性测试中维持一维结构，但其平滑的表面带来的活性位点数量较少导致其活性较差。因此，如何克服颗粒尺寸带来的催化活性和稳定性的不均衡性仍面临巨大挑战。

基于此，来自郑州大学的郭海中教授与武汉大学的王自昱教授合作，在国际知名期刊《Advanced Materials》上发表题为“Mixed-dimensional Pt-Ni alloy polyhedral nanochains as bifunctional electrocatalysts for direct methanol fuel cell”的观点文章。该观点文章通过简单的一步水热法将0维纳米多面体和1维纳米线组装在一起，得到了有序排列的“多面体—线—多面体”多面体纳米链结构。并证实了其在直接甲醇燃料电池中具有高效双功能性。

运用简单的一步水热法制备得到的Pt-Ni多面体纳米链能够将0维纳米多面体和1维纳米线有序组装在一起。通过高分辨球差校正透射电镜可以观测到组成单元纳米多面体尺寸约为6.00 nm，纳米线连接部分的直径约为1.72 nm。综合运用XRD、XANFS和XPS等结构表征手段证实了Pt-Ni多面体纳米链呈现出完美的合金态，其中Pt以0价金属态为主要存在形式。较小的尺寸、丰富的缺陷、表面富Pt等结构优势共同作用将会使其在直接甲醇燃料电池中具有重要应用。

要点二：构造新型界面关系，促进催化甲醇燃料电池的阴极和阳极

Pt-Ni多面体纳米链构造了纳米多面体-纳米线连接的新型界面关系，其催化直接甲醇燃料电池的阳极反应时，通过和同比例同尺寸的Pt-Ni纳米多面体和Pt-Ni纳米线对比，被证实能够提高甲醇氧化反应的效率，其质量活性和比活性分别是商业Pt/C的7.23倍和6.55倍。

通过原位傅里叶红外光谱和一氧化碳剥离实验的测量，表明Pt-Ni多面体纳米链具有显著的抗一氧化碳中毒能力。Pt-Ni多面体纳米链催化直接甲醇燃料电池的阴极反应氧还原反应时，其线性极化曲线的半波电位较商业Pt/C有所降低，在循环了10000圈的稳定性测试中，性能几乎没有衰减，具有非常突出的稳定性表现。

Mixed-dimensional Pt-Ni alloy polyhedral nanochains as bifunctional electrocatalysts for direct methanol fuel cell

郭海中教授简介：郑州大学物理学院，河南省特聘教授教授、河南省杰青、博士生导师。2000年本科毕业于中国科学技术大学；2005博士毕业于中国科学院物理所。2005年-2009年先后在美国阿拉巴马大学、加州大学戴维斯分校、佛罗里达国际大学和路易斯安那州立大学做博士后和研究助理。2009年5月回国，在中科院物理所工作，任副研究员、博士生导师；2017年2月加入郑州大学物理学院；2019年3月-2021年2月，借调到国家自然科学基金委员会数理学部，任物理一处流动项目主任。

现担任物理学会四刊青年编委、《物理通报》编委、中国材料学会纳米材料与器件分会理事等。2020年获得河南省自然科学二等奖。2010年获得《饶毓泰基础光学奖》奖。研究方向是过渡金属氧化物低维结构制备、表征及外场调控；光与物质相互作用；低维结构的催化特性研究。发表SCI论文160多篇，其中包括Adv. Mater.、Adv. Sci.、PRL/PRB、Nano Lett.、Chem. Mater.、APL等。被SCI他引近3800余次，h指数33。

2011年7月至2012年6月，在新加坡南洋理工大学进行博士后研究。2022年3月起担任国家自然科学基金委数理科学部综合与战略规划处流动项目主任。王自昱教授主要从事人工微结构的输运理论和实验研究。主持国家级科研项目5项和省部级科研项目3项。以第一或通讯作者在Phys.Rev.Lett.、Nano Lettter等上发表学术论文50余篇。

夏田雨，博士，副教授，博士生导师，河南省优秀青年科学基金获得者。2017年7月毕业于北京航空航天大学，攻读博士学位期间在中科院物理所联合培养，获凝聚态物理学博士学位。2017年7月至今在郑州大学物理学院任教。近年来一直从事低维纳米催化材料的制备、表征与特性研究，先后主持国家自然科学基金3项，省部级项目3项。在包括Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Science, Nano Research, Nanoscale等刊物发表SCI论文30余篇，申请国家专利2项。

郑州大学郭海中课题组（量子材料与量子能源课题组）依托于郑州大学 学院和材料物理教育部重点实验室，实验面积超过800平米，科研环境良好。研究方向主要为低维量子材料材料制备及外场调控、高压物理、纳米材料及催化应用、太阳能电池等。近五年，课题组共承担国家、省部级及校级科研项目近20余项，其中包括国家重点研发计划课题1项、国家重点研发计划子课题、和面上项目等。在以上项目支持下，近五年课题组共发表包括PRL、PRB、Adv. Mater.、Adv. Sci.、Nano Lett.等近100余篇SCI论文。

欢迎凝聚态物理方向的应届博士毕业生、博士后出站人员、国（境）外留学归国博士毕业生加入本课题组。本课题组教师在凝聚态物理、电子信息专业招收硕士和博士研究生，欢迎有志于从事量子材料和量子能源方向研究的学生报考。

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