姚涛/曹林林/罗其全Nano Letters：高指数面Pt壳协同PtCu3金属间化合物壳，显著提升ORR活性

阻碍质子交换膜燃料电池广泛应用的一个重大挑战是阴极氧还原反应(ORR)催化剂的性能不理想，它需要过量的Pt来促进缓慢的ORR动力学。为了解决这个问题，人们付出大量努力来提高催化剂ORR活性，同时有效地减少贵金属Pt的使用。其中，构建具有富含Pt位点壳层和低Pt用量核的核壳纳米结构被证明是一种有效的方法。具体而言，将表面Pt壳设计成高指数小面(HIF)，这些HIFs通常提供更有利于催化的表面原子结构，包括原子台阶和扭结，以提高ORR活性；同时，可以引入另一种过渡金属(PtM)来降低核中Pt的用量，且壳层与核之间的相互作用也有助于ORR活性的提高。

基于此，中国科学技术大学姚涛、曹林林和安徽大学罗其全等开发了一种逐步自组装策略，利用表面活性剂和溶剂来调节金属前体的还原速率，制备出具有高指数Pt壳封装的PtCu₃金属间化合物(IMCs)核的核壳催化剂(HIFs Pt@PtCu₃)。在这种合成方法中，绕过高温处理，通过共还原金属前驱体直接获得PtCu₃核，然后剩余的Pt自发沉积到其表面。在合成过程中，表面活性剂优先覆盖形成的低指数Pt原子，且空间位阻抑制它们的生长，这一过程导致形成稳定的高指数台阶。

原位光谱和理论计算表明，高指数Pt位点上发生O_ads到OH_ads的快速转化，加速了反应的动力学；同时，HIFs Pt@PtCu₃优化了*OH的结合能，降低了反应能垒，进而提升了ORR活性。

得益于上述优点，所制备的HIFs Pt@PtCu₃催化剂的ORR半波电位(E_1/2)为0.911 V_RHE，优于商业Pt/C催化剂(E_1/2=0.847 V_RHE)。值得注意的是，HIFs Pt@PtCu₃核壳结构拥有更强的电子相互作用，增强了其抑制活性成分溶解的内在能力。

因此，除了具有良好的ORR活性之外，HIFs Pt@PtCu₃还表现出优异的长期稳定性，在15000个ADT循环后，E_1/2仅有14 mV的负移。综上，这项工作为通过原子导向的活性位点工程来扩展先进电催化剂的构建提供了范例。

Self-assembly intermetallic PtCu₃ core with high-index faceted Pt shell for high-efficiency oxygen reduction. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00111