孙世刚院士/田娜教授EES：PtCo/P2.73Ox-KB助力高耐久性PEMFCs

双金属Pt-M（M=过渡金属）纳米颗粒在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中具有广阔的应用前景，但正极氧还原反应（ORR）中Ostwald熟化过程出现纳米颗粒聚集，限制了其应用。

基于此，厦门大学孙世刚院士和田娜教授等人报道了一种新的策略，将P-O官能团结合到Ketjen炭黑（KB）的孔通道中，作为将PtCo合金纳米颗粒锚定在碳载体表面（记为PtCo/P_2.73O_x-KB）。PtCo/P_2.73O_x-KB在0.90 V下的质量活性（MA）和比活性（SA）分别为1.11 A mg_Pt-1和1.68 mA cm^-2，分别是商用Pt/C的6.9倍和7.3倍。

经过30000次电位循环后，PtCo/P_2.73O_x-KB的MA下降了24.3%，而商用Pt/C的MA下降了37.5%。利用PtCo/P_2.73O_x-KB作为正极的H₂-空气PEMFCs在3.1 A cm^-2时具有1.21 W cm^-2的高功率密度（正极负载量为0.1 mg_Pt cm^-2），在0.60和0.95 V间循环30000次后，电池电压损失为0.8 A cm^-2，可以忽略不计，超过了DOE 2025的目标。

VASP解读

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了催化剂-载体界面的配位结构。两种模型的最小能量结构如下：（1）Pt壳层中的Pt原子为在孔道中连接P-O官能团的P原子（Pt-P-O）；（2）Pt壳层中的Pt原子与P-O官能团中的O原子相连孔隙通道（Pt-O-P）。Pt-O-P模型的形成能为-2.59 eV，比Pt-P-O模型（-0.73 eV）小1.86 eV，表明Pt-O-P结构比Pt-P-O结构更具有热力学稳定性。

此外，通过PtCo/P_2.73O_x-KB在1000 ℃下高温退火1 h，作者研究了P-O官能团与PtCo纳米颗粒在界面处的强相互作用。EELS映射图像显示，P和O元素在退火前广泛分布在碳载体上。退火后，P和O元素主要集中在Pt纳米颗粒上，表明P-O官能团对PtCo纳米颗粒的亲和力高于C载体。结果表明，纳米颗粒与P-O官能团接枝的C载体之间存在较强的相互作用，产生的锚定效应抑制了PtCo纳米颗粒的迁移和聚集。

P-O functional group anchoring Pt-Co electrocatalyst for high-durability PEMFCs. Energy Environ. Sci., 2024, DOI: 10.1039/D3EE04503J.

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孙世刚院士/田娜教授EES：PtCo/P2.73Ox-KB助力高耐久性PEMFCs

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