结构和组分调控是构建高性能催化剂的重要手段，然而以原子级精度合成和调控多金属活性中心仍然面临巨大挑战。围绕多金属电催化材料的单原子级调控，深圳大学骆静利院士团队发展了“由外向内”的Sn原子级扩散和“由内向外”的Bi原子级扩散策略，分别构筑了高性能的乙醇氧化和甲醇氧化电催化剂。
01 Sn原子级扩散策略制备PtSnCu 纳米框架实现高效乙醇氧化
第一作者：Min Tang, Mingzi Sun
通讯作者：Jing-Li Luo，Shuiping Luo，Bolong Huang，Wen Chen
通讯单位：深圳大学，南方科技大学，香港理工大学
论文DOI：https://doi.org/10.1002/adma.202311731
电化学乙醇氧化对于将具有高能量密度的生物可再生液体燃料直接转化为电能至关重要，然而，乙醇氧化反应（EOR）是一个复杂且动力学缓慢的过程，涉及多个电子和各种反应中间体的转移，即使在最好的Pt基电催化剂上，尤其是在酸性电解质中，也会导致低效的氧化和碳质物种毒化。为了促进乙醇氧化，开发多金属纳米合金已成为最有效的策略之一，但在原子尺度上理性设计与调控多金属活性位点仍然面临挑战。基于PtCu纳米合金，我们开发了一种Sn原子级扩散策略来构建Pt47Sn12Cu41纳米框架，其表面被高指数晶面包围，如{331}和{221}。Pt47Sn12Cu41实现了3.10 A mg-1Pt的高质量活性，并促进了有毒CO中间体的氧化和C-C键的断裂，成为酸性乙醇氧化的先进电催化剂。原位红外光谱验证了Pt47Sn12Cu41催化剂在将乙醇氧化成CO2、CH3CHO和CH3COOH上展现出更负的电位。密度泛函理论计算表明，Sn的引入和高指数晶面提升了d带中心来提高电活性。同时，乙醇的强结合和CO氧化的能垒降低保证了高效的乙醇氧化过程，提高了C1产物的法拉第效率。这项工作为构建由金属原子位点调控的多金属纳米合金提供了一种有效策略。
图1. Pt47Sn12Cu41纳米框架的理性设计、合成与结构表征。
要点1：通过合成和刻蚀构建了具有特定组分和开放框架结构的PtCu纳米框架，并首次在双金属纳米晶体中引入Sn原子扩散策略，通过Sn原子的扩散并取代Cu原子，导致了Cu原子的脱合金，进而可控地构建了具有不同三元组分的PtSnCu纳米框架。XRD、HAADF-STEM和EDX的结果表明，在Sn原子扩散的地方局部形成具有扩展晶格间距的fcc-PtSnCu合金，且纳米晶表面拥有大量的n (111)-(111)高指数晶面，Sn能均匀且保形地扩散到PtCu晶格中。
图2. Pt47Sn12Cu41等样品的结构表征结果。
要点2：XPS结果表明Pt、Sn和Cu原子之间存在电子耦合，Pt 4f和Cu 2p的结合能分别显示出0.33和0.23 eV的显著正位移，表明电子从Pt和Cu转移到Sn。FT-EXAFS拟合结果表明，Pt47Sn12Cu41的Sn k边具有两个散射峰，分别为≈1.60 Å (Sn-O)和2.18 Å (Sn-Pt/Sn-Cu)，不存在SnO2和Sn箔中观测到的Sn-O-Sn (3.45 Å)和Sn-Sn (2.80 Å)，表明Sn原子级扩散到了fcc PtCu纳米框架中。
图3. Pt47Sn12Cu41等样品的电化学性能测试结果。
要点3：Pt47Sn12Cu41对EOR的电催化性能实现了3.10 A mg-1Pt的质量活性，0.29V vs. RHE的超低起峰电位和16%的C1途径选择性。在1000次循环后，Pt47Sn12Cu41的质量活性仍能保持初始值的92.5%。原位FTIR结果说明Pt47Sn12Cu41在0.2V vs. SCE的电位下开始产生乙醛、乙酸和二氧化碳，这远低于Pt/C的电位（0.4V），验证了Pt47Sn12Cu41对EOR的高电催化性能。此外，Pt47Sn12Cu41表现出增强的CO氧化的能力，说明其对CO的抗中毒能力得到显著增强。
图4. Pt（111）、Pt41Cu59、Pt49Sn45Cu6、Pt47Sn12Cu41等模型的理论计算结果。
要点4：DFT计算揭示了优化的d带中心和Sn掺入诱导的位点到位点电子转移是Pt47Sn12Cu41上显著增强EOR性能的关键。优化的电子结构进一步降低了EOR和CO氧化的能垒，而在高指数面上电子从Pt/Cu转移到Sn，这显著提高了电催化活性。
02 表面富集Bi单原子修饰的Pt纳米环实现高效甲醇氧化
第一作者：Xiaokun Fan, Wen Chen, Lei Xie
通讯作者：Shuiping Luo，Jing-Li Luo
通讯单位：深圳大学
论文DOI：https://doi.org/10.1002/adma.202313179
单原子修饰的Pt催化剂由于具有更多的Pt活性位点使其展现出成为前所未有的质量活性，是一种非常高效的提升催化剂电催化性能的策略；然而，如何通过合理的设计来制备高密度单原子修饰的Pt表面依然是一个很大的挑战。由于理论计算表明如果在Pt表面拥有更多的Bi能够确保甲醇经非CO路径氧化并加速*HCOOH的动力学形成，因此，针对甲醇氧化反应，作者通过定向的合成方法得到了一种表面富集Bi单原子修饰的Pt纳米环（SE-Bi1/Pt NRs）。具体来说，作者以Bi原子孤立分布的PtBi金属间化合物纳米盘（NPs）为初始对象，通过氧化刻蚀及之后的退火处理，成功得到了表面高密度Bi单原子修饰的Pt NRs。在之后的碱性甲醇氧化电化学测试中，SE-Bi1/Pt NRs展现出了前所未有的质量活性（23.77 A mg-1），分别是相同测试条件下未经退火处理Pt-Bi NRs和Pt/C的2.2和12.8倍。在全电池测试中以0.39 mg cm-2的超低Pt载量得到了85.3 mW cm-2的高功率密度，使其非常有希望成为商业化直接甲醇燃料电池的阳极催化剂。
图1. SE-Bi1/Pt NRs的理性设计与合成示意图。
要点1：DFT计算说明在Pt（111）面上添加BiOx(OH)y有利于*CHO的形成，抑制*COH的形成，进而减少甲醇经CO路径氧化为CO2，随着表面BiOx(OH)y含量的增加，*CHO形成所需的自由能更少，当BiOx(OH)y的含量达到5%时，甲醇分子在催化剂表面会经非CO路径氧化为CO2，该路径没有在Pt表面强吸附性的COad形成，整个催化反应的速率会得到巨大的提升。基于计算结果，利用孤立Bi原子存在的PtBi金属间化合物NPs为模板，通过氧化刻蚀处理后得到了高质量的Pt-Bi NRs，经载碳后在空气中200℃退火处理后得到了表面高密度Bi单原子修饰的SE-Bi1/Pt NRs。
图2. SE-Bi1/Pt NRs等样品的结构表征结果。
要点2：HAADF-STEM结果表明经氧化刻蚀处理后hcp相PtBi NPs转变为fcc相Pt-Bi NRs，载碳后进行200℃退火处理，依然能够很好地保持环的形状且晶体结构不变。球差矫正的HAADF-STEM和EDS Mapping图表明Bi元素的存在并均匀分布在纳米环上。XPS结果说明退火处理后，Bi的氧化态由初始的46.2%上升至75.8%，氧化态也由初始的以Bi与氢氧根的结合为主转变为Bi与氧的结合为主，而Bi的FT-EXAFS结果也表明SE-Bi1/Pt NRs上的Bi以单原子的形式存在。
图3. SE-Bi1/Pt NRs等样品的电化学性能测试结果。
要点3：对比不同催化剂的CV曲线显示出SE-Bi1/Pt NRs在-0.3 V时具有更明显的一个能归属于与Pt具有强相互作用的Bi的氧化峰且没有归属于Bi的氧化还原峰，进一步印证SE-Bi1/Pt NRs表面要比Pt-Bi NRs具有更多的单原子的Bi。MOR测试结果表明SE-Bi1/Pt NRs具有最高的质量活性（23.77 A mg-1）和优异的稳定性。
图4. SE-Bi1/Pt NRs等样品的电化学性能、反应机理与器件测试结果。
要点4：通过测试CO溶出曲线，发现表面含有Bi的催化剂都不会有CO的吸附，ATR-SEIRAS结果显示SE-Bi1/Pt NRs在整个MOR过程中都没有CO的生成，表明甲醇分子在SE-Bi1/Pt NRs表面经非CO路径氧化为CO2，原位FTIR也表明SE-Bi1/Pt NRs具有更快的MOR速率。全电池测试中，作者以0.39 mg cm-2的超低Pt载量得到了85.3 mW cm-2的高功率密度，并在7000 s内能够保持稳定的电压输出，展现了优异的稳定性。
骆静利（Jing-Li Luo），深圳大学全职特聘教授、博导，加拿大国家工程院院士，中国腐蚀与防护学会会士。加拿大阿尔伯塔大学退休教授，曾任加拿大可替代燃料电池首席科学家。现任国际腐蚀理事会委员, Springer-Nature-Electrochemical Energy Reviews和Corrosion Science编委。长期从事电催化、固体氧化物燃料电池/电解池及能源存储与转化材料和电化学腐蚀等领域的研究，研制开发了新型固体氧化物燃料电池/电解池新工艺（如，乙烷脱氢制乙烯、CO2重整等）和新能源材料，在绿色能源和CO2捕集、利用与转化方面也取得了众多研究成果；同时，开展过大量有关材料腐蚀的研究，已在国际顶尖期刊Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Energy & Environmental Science，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Catalysis等刊物发表论文400多篇。
罗水平，深圳大学材料学院研究员，主要从事高性能燃料电池/电解槽器件与电催化材料的设计与构筑，在单原子合金、金属间化合物等前沿材料取得饶有特色的研究成果，在电催化材料和碳材料的产业化方面积累了丰富的经验。2019-2022年在南方科技大学化学系任研究助理教授，硕士生导师。以第一作者或通讯作者在材料和化学领域的国际著名期刊上发表6篇Advanced Materials和2篇ACS Nano。主持4项国家/省部/地市级科研项目，参与了国家重大科学研究计划项目子课题、广汽集团横向项目和深圳市可持续发展科技专项等多项研究项目。完成英文专著的重要章节1篇，获得了杨振宁物理学研究生奖学金，荣获深圳市高层次人才等荣誉，学术辅导8人前往海外名校深造。
课题组设备齐全，科研氛围浓厚，经费充足，因科研工作需要，骆静利院士团队特面向国内外诚聘电催化方向博士后。
一、研究方向（任意1项）：
1. 氢燃料电池/直接液体燃料电池
催化剂的理性设计与可控构筑，高性能膜电极的制备，燃料电池器件组装与测试。
2. 电解水催化剂与器件
超低贵金属析氢和析氧催化剂的开发，PEM电解水系统的组装与测试。
3. 催化剂的批量化制备
负责高性能催化剂的放大制备，验证，与专利保护等工作。
二、应聘条件（要求）：
A博士后（年薪>38万元/税前）：
1. 年龄在35周岁以下、获得博士学位不超过3年。
2. 具有较强的科研创新能力和团队协作精神。
3. 具有良好的学术道德和严谨科学态度、身体健康、能胜任岗位的工作要求。
4. 博士期间在上述相关领域的国际知名期刊发表SCI索引论文2篇以上。
三、聘期基本待遇
1. 省市对符合条件的在站博士后发放18万元/年生活补助（开题和中期考核后各发放一次，总额不超过36万元）；另外，学校和课题组共提供16万左右的基本综合年薪；
2. 另外，符合深圳大学“荔新奖励计划”，入选者每月额外再发放4000元奖励性薪资，按实际在岗月份随工资发放，核发不超过24个月，总计不超过96000元。
3. 符合条件的博士后可申请评定专业技术资格（副研究员），符合深圳大学“荔园留菁计划”政策的优秀博士后，可直聘深圳大学教师岗。对产业化具有浓厚兴趣的优秀博士后，可以加入课题组的公司共同创业。
4. 如果入站时确实已经具备较高的科研能力，课题组将会每月配套给予定期补助（每月不低于2000元）。入站工作后，如果工作业绩突出的将额外给予一定的科研奖励。
5. 进站时为33周岁以下，获得博士学位在1年以内。以下二项符合其中一项，给予额外的奖励性待遇每月2000元，共发放两年。（1）泰晤士高等教育世界大学前200名高校（包括国内）应届或一年内毕业的博士。（2）自然科学类博士在博士期间以第一作者发表3篇JCR二区以上学术论文。另外，在权威期刊发表学术论文或者获得国家级科研项目的博士后，深圳大学按规定给予科研奖励或配套资助。
6. 博士后出站后留深工作可以申请深圳市博士后出站科研补贴，36万分三年发放，用于科研投入或创业前期费用。
7. 博士后人员进站，可选择落户深圳市，享受落户补贴。其配偶及未成年子女可办理随迁入户。博士后子女入托、入学等按深圳市相关条例执行。
8. 若博士后资助政策有所调整，以最新文件规定为准。
四、应聘方式
1. 应聘者将个人简历及反映本人学术水平的近5年代表性成果电子文档发给联系人。
联系人：罗水平老师
联系电话：13640813886 （微信）
E-mail：luosp@szu.edu.cn
2. 初审合格者，我方将尽快组织面试将被通知面试。
五、申请截止时间
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