李煜璟/柯小行NML：PtNi-W/C高效催化ORR，助力质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的性能在很大程度上取决于电极催化剂的微观结构，特别是在低催化剂负载下。

基于此，北京理工大学李煜璟研究员和北京工业大学柯小行副教授等人报道了通过两步法直接制备了一种由PtNi-W合金纳米晶负载在具有原子分散W位点的碳表面上的（PtNi-W/C）杂化电催化剂。在0.05 mg_Pt cm⁻²的超低负载下，作为正极的膜电极组件中，电池的峰值功率密度比商用Pt/C催化剂提高了64.4%。

通过DFT计算，作者计算了Pt(111)、PtNi-W合金和W_SAO₃三个平行ORR反应表面上的热力学势垒。计算发现，W_SAO₃位点的*OOH步骤的自由能比PtNi-W位点的自由能低1.42 eV，表明W_SAO₃位点的能量势垒显著降低，有利于*OOH的形成，O₂可能被W_SAO₃快速激活生成*OOH。

由于*O在W_SAO₃位点的形成是一个轻微的上坡过程，在Pt位点的形成非常顺利，作者推测*OOH可能优先传输到原子接近的PtNi-W表面或WO₃/PtNi-W界面上的Pt位点，然后继续进行。实验结果表明，由W基团形成的网络和氧极有可能从W位点跳到纳米颗粒上。

对于*O到*OH的转化，Pt位点（纯Pt和PtNi-W上）在自由能级上表现出困难，而W_SAO₃位点有利于这一过程。因此，Pt和W_SAO₃上的子步骤的转化能量具有互补性，由于双位点的级联催化机制，可以加速速率延迟步骤。

通过对W_SAO₃活性位点的电荷密度差异和Bard电荷分析，显示了典型的O*结构。在催化过程中，W和C向O提供了更多的电子，证明了W_SAO₃与碳载体之间的强相互作用。

PtNi-W/C with Atomically Dispersed Tungsten Sites Toward Boosted ORR in Proton Exchange Membrane Fuel Cell Devices. Nano-Micro Lett., 2023, DOI: 10.1007/s40820-023-01102-9.

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李煜璟/柯小行NML：PtNi-W/C高效催化ORR，助力质子交换膜燃料电池

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