质子交换膜燃料电池(PEMFC)是解决世界能源危机和实现全球可持续发展的关键技术。阻碍PEMFC大规模使用的一个主要瓶颈是铂基催化剂的高成本，因此将PEMFC中的Pt含量减少到与传统催化转化器相当的水平，对于该技术的大规模利用至关重要。
根据文献报道，具有高配位的单晶表面通常对氧还原反应(ORR)等具有较高的比活性，因此清华大学牛志强和张亮等通过外延生长来构建超薄的Pt(100)合金表面，其具有高的比活性和大的电化学活性表面积。
外延生长的铂合金表面不仅减少了低配位位点的数量(如NPs中普遍存在的边缘和角原子)，而且表现出较高的压缩应变。同时，该项工作所报道的方法可以很好地控制沉积的覆盖层的均匀性和厚度，与溅射薄膜相比，催化剂表面的电子结构得到了极大的改善。具体而言，所制备的PtCuNi的ECSA为49.8 m2 g−1Pt，PtCuNiAu的ECSA为41.5 m2 g−1Pt，均大于传统的溅射薄膜(5−17 m2 g−1Pt)。
此外，最佳的PtCuNiAu(3 at% Au)具有最高的比活性(8.3 mA cm−2)和质量活性(3.4 A mg−1Pt)，分别是基准Pt/C的19倍和13倍。与单晶Pt(100)、Pt(111)和Pt3Ni(100)相比，(100)取向的Pt合金NTs具有更大的比活性，研究人员将这种增强归因于超薄表面的晶格收缩和配体效应。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，所制备的催化剂反应总体速率受到表面*OH脱除的限制，PtCuNi(100)上的表面*OH结合能比Pt(111)低约0.1 eV，从而具有优越的ORR活性。进一步的电子结构分析表明，PtCuNi(100)的活性增强主要是由于压缩应变和从载体转移的电荷(0.15e/Pt)引起的，晶格中的压缩应变使d带中心向下移动，削弱了*OH吸附能，增加了ORR活性。
此外，稳定性试验后Ni的溶解减少了转移到Pt壳层(0.01e/Pt)的变化量，导致部分应变弛豫，提高了d带中心，导致*OH的过度结合，这可能是稳定性试验中活性丧失的原因。
Bulk-like Pt(100)-oriented Ultrathin Surface: Combining the Merits of Single Crystals and Nanoparticles to Boost Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202214516
原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2022/12/09/b25bbb113f/
