​Matter：亚-3-nm PtCo/KB-NH2助力高功率燃料电池

聚合物电解质膜（PEM）燃料电池是一种极具吸引力的能量转换装置，适用于电动汽车，特别是中型和重型汽车。然而，目前用于正极氧还原反应（ORR）的铂（Pt）基催化剂在膜电极组件（MEAs）中活性和耐久性不足，限制了PEM燃料电池的实际应用。

基于此，印第安纳大学与普渡大学印第安纳波里斯联合分校Jian Xie（通讯作者）等人报道了一种协同策略，以制备高活性和稳定的亚3-nm Pt基金属间催化剂，同时克服了MEA中Pt利用率低和质量传输不足的问题，从而实现燃料电池性能的突破。核-壳结构的L1₀-PtCo@Pt纳米颗粒几乎满足美国能源部制定的轻型车辆的所有性能要求，并显示出在重型车辆上应用的巨大潜力。

为研究PtCo/KB-NH₂的ORR反应性，作者使用半球形模型进行DFT计算，以模拟2.6 nm大小的L1₀-PtCo@Pt_3L（L1₀-PtCo核心上有3个Pt原子层）纳米颗粒。结果表明，对于fcc Pt体，(111)facet上Pt-Pt键的压缩应变为3.42%。OH*（E_OH*）在金属表面的结合能被认为是ORR动力学的关键描述符，最佳的ORR活性的E_OH*约为0.12-0.14 eV，比未应变的Pt(111)弱。

在压缩应变为3.42%的L1_o-PtCo@Pt_3L(111)上的Eoн*计算为-1.241 eV，比未应变Pt(111)上的E_OH*弱0.16 eV，更接近最佳E_OH*。根据部分态密度（PDOS）发现，削弱的E_OH*与L1_o-PtCo@Pt_3L(111)上相对于Pt(111)的d-带中心下降0.113 eV有关，导致ORR动力学增强。

为分离配体效应和应变效应对E_OH*的影响，在Pt(111)表面施加同样3.42%的压缩应变。E_OH*在未应变Pt(111)上从-1.401 eV急剧变化到3.42%应变Pt(111)上的-1.188 eV，表明应变诱导的变化高达0.213 eV。由于核心结构深处存在Co原子，配体效应对E_OH*的影响很微小，但与应变效应相比不可忽略。在同样的3.42%压应变作用下，L1o-PtCo@Pt_3L(111)上的E_OH*比Pt(111)上的E_OH*低0.053 eV，表明L1o-PtCo核（配体效应）的存在使E_OH*更接近理论最佳值。

Amino-tethering synthesis strategy toward highly accessible sub-3-nm L1₀-PtM catalysts for high-power fuel cells. Matter, 2023, DOI: 10.1016/j.matt.2022.12.011.

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.011.