​中科大Small：PtM IMC高效催化ORR，助力质子交换膜燃料电池！

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​中科大Small：PtM IMC高效催化ORR，助力质子交换膜燃料电池！
设计一种高效、低铂（Pt）负载量、稳定性好的酸性氧还原反应（ORR）催化体系仍然是质子交换膜燃料电池（PEMFCs）广泛应用的挑战。
基于此，中国科学技术大学吴宇恩教授和周煌博士等人报道了一种气相有序合金化策略，并构建了一个有效的协同催化体系，该体系将PtM金属间化合物（PtM IMC，M=Fe、Cu和Ni）和致密的分离过渡金属位点（M-N4）混合在氮掺杂碳（NC）上。由此产生的Pt1Fe1 IMC与Fe-N4位点合作实现了协同ORR，半波电位为0.94 V，质量活性高达0.51 A mgPt−1，在30 k循环后仅衰减23.5%，两者都超过了DOE 2025的目标。
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通过DFT计算，作者研究了Pt1Fe1/Fe1-N-C上观察到的显著ORR活性的机理。根据表征结果，Pt1Fe1/Fe1-N-C主要由较小的Pt1Fe1 IMC及其邻近的Fe-N4位点组成。鉴于Pt在合金表面的偏析，作者认为应变Pt(111)和单个Fe原子是主要的活性位点，明确考虑了它们对提高ORR活性的作用。
​中科大Small：PtM IMC高效催化ORR，助力质子交换膜燃料电池！
在Pt1Fe1/Fe1-N-C催化剂上，具有三种可能的结合反应坐标。第一途径和第二途径分别是发生在单个活性位点的催化作用，即单个Fe原子位点（Fe-N-C路径）和PtFe IMC的应变Pt(111)表面（应变Pt路径）。Fe-N-C路径和应变Pt路径的速率决定步骤（RDS）分别为*OH + H+ + e− →* + H2O和* + O2 + H+ + e− →*OOH，自由能变化为0.81 eV。
第三种途径，即在单个Fe原子位点上产生的H2O2分子可以被释放并迁移到邻近的应变Pt(111)表面，然后H2O2会在应变的Pt(111)表面迅速还原为H2O。因此，Pt1Fe1/Fe1-N-C多位点协同ORR途径的催化效率，优于其他催化剂的直接四-电子途径。
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Coupling Single-Atom Sites and Ordered Intermetallic PtM Nanoparticles for Efficient Catalysis in Fuel Cells. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202302328.

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