廖世军教授、崔志明教授， ACS Catalysis观点：基于电子结构优化增强Pt-Co-Ti金属间化合物催化氧还原性能

第一作者：赵伟悦，池滨

通讯作者：廖世军*，崔志明*

单位：华南理工大学，广东省燃料电池技术重点实验室

铂基金属间化合物由于其独特的结构，是近年来获得广泛关注且被认为是一类具有应用前景的新型燃料电池低铂催化剂。尽管已经有少量关于这类催化剂已经应用于实际燃料电池的研究的报道，但是这类催化剂普遍存在稳定性/耐久性亟待提高的问题。

为了解决这一重大难题，国内外研究者开展了大量的研究工作，但是问题到目前尚未得到很好的解决。因此，探索制备具有优异活性和耐久性的金属间化合物催化剂具有重要的理论和实际应用两个方面的重要价值。

基于此，来自华南理工大学的燃料电池团队在国际知名期刊ACS Catalysis上发表题为“Optimizing the Electronic Structure of Ordered Pt–Co–Ti Ternary Intermetallic Catalyst to Boost Acidic Oxygen Reduction”的文章。第一作者为博士研究生赵伟悦和池滨, 通讯作者为廖世军和崔志明教授。

该团队率先采用耐酸性良好的前过渡金属元素钛（Ti）取代部分耐酸性差的后过渡金属元素钴（Co）制得了一种新型三组份金属间化合物催化剂，实验结果表明：Ti的部分取代在有效提升了催化剂活性的同时，大幅度提升了催化剂的稳定性和耐久性，使得这类催化剂离实际应用更近了一步。

同时，本论文探究了前过渡金属部分取代提升催化剂活性和耐久性的机理，发现d电子数少的前过渡金属的取代可有效调控Pt的d电子状态，使得其活性得到有效提升。耐酸性的前过渡金属的取代有效提升了催化剂的耐酸性和结构稳定性是催化剂稳定性/耐久性提升的主要原因。本工作对于促进金属间化合物催化剂走向燃料电池实际应用，降低燃料电池铂载量和成本，对于深入理解金属间化合物催化剂的结构与性能的关系具有十分重要的意义。

图1. Pt₃Co_0.6Ti_0.4/DMC催化剂的表征

以采用MOFs衍生介孔碳载体，采用冷冻干燥-热还原方法实现了Pt–Co–Ti金属间化合物的粒径控制，冷冻干燥方法使金属前驱体均匀分散在载体上，介孔炭载体不仅有助于抑制合成过程中纳米颗粒的团聚以保持较小的粒径分布，而且有助于增强催化剂与载体之间的相互作用，所获得的Pt–Co–Ti金属间化合物催化剂粒径为～3 nm，结构高度有序。

要点三：钛的部分取得使得催化剂的耐久性得到了大幅度提升

与Pt₃Co/DMC和商业Pt/C催化剂相比，Pt₃Co_0.6Ti_0.4/DMC催化剂表现出更快的ORR动力学，在20000次加速循环老化后半波电位仅衰减了5 mV，活性损失最小。在 H₂/空气 PEM 单电池测试中，Pt₃Co_0.6Ti_0.4/DMC作为阴极制备的膜电极在0.6 V 的电流密度可达 1350 mA cm^-2 , 为商业 Pt/C 制备的膜电极性能的 1.5 倍；经过 30000 次加速循环老化后，其电化学活性比表面积（ECSA）的衰减幅度仅为商业 Pt/C 的 28%。

要点四：表征和DFT理论解释了活性及耐久性提升的机理

XPS/XAS表征及理论计算表明，Ti部分取代Co导致配体效应增强，更加精细的调控了Pt₃Co_0.6Ti_0.4的表面电子结构，进一步优化了Pt和含氧中间体的结合能，从而显著提高了ORR活性。

Optimizing the Electronic Structure of Ordered Pt−Co−Ti Ternary Intermetallic Catalyst to Boost Acidic Oxygen Reduction

廖世军：华南理工大学教授、博士生导师， 主要从事燃料电池及锂离子电池相关的研究。

崔志明：华南理工大学教授、博士生导师，入选海外优秀青年人才和珠江学者，主要从事燃料电池催化剂相关研究。

赵伟悦：博士研究生，已毕业，目前在贵州大学从事教学科研工作。

池滨：博士研究生，已毕业，目前在北京理工大学深圳研究院工作。

一、研究方向

1. 电催化：燃料电池/金属空气电池中催化剂的设计和催化反应机理；

2. 固态离子导体：全固态电池/燃料电池中的固体电解质研究（锂离子导体/钠离子导体/质子导体）；

3. 与上述两个方向相关的计算和模拟。

二、招聘条件

1. 获得博士学位不超过3年的博士，或通过博士学位论文答辩的应届博士，年龄在35周岁以下；

2. 对电化学/新能源材料有浓厚的兴趣，具有扎实的学术训练背景；

3. 具备良好的英语写作能力，发表过高水平研究论文者优先

三、聘期待遇

1. 学校提供20—32万元人民币的岗位年薪，并参照校内同级人员的标准为博士后缴纳“五险一金”；

2. 合作导师将根据工作表现另外给予博士后生活补贴或绩效奖励 （2-10万），并协助其申请各类自然科学基金和人才计划；

3. 博士后科研成果按学校科研奖励规定享受科研奖励；

4. 按学校规定为博士后提供租住公寓或租房补贴，博士后子女享受学校教职工子女入托、入学同等待遇；

5. 在站博士后成绩突出者，可破格申报副高职称；出站时成绩突出者可申请留校；出站留校一年后可破格认定正高职称，经学校认定后安排相应编制。

四、应聘方式

申请者请将以下资料通过邮箱发送到zmcui@scut.edu.cn (崔志明)：

1. 个人简历（包含学习和工作经历、发表论文、参与项目等）；

2. 代表性论文以及其他可以证明本人研究能力及水平的相关资料

投稿请联系contact@scimaterials.cn