华科夏宝玉AM综述：用于ORR的混合电催化剂的最新进展！

第一作者：Lei Huang, Huiting Niu

通讯作者：夏宝玉

通讯单位：华中科技大学

夏宝玉，男，博士，教授/博士生导师，2010年毕业于上海交通大学，获得博士学位。2011-2016年在新加坡南洋理工大学从事博士后研究作，2016年入职华中科技大学，入选中组部第十二批“计划”。

（来源：https://sklcc.hust.edu.cn/info/1029/1575.htm）

论文速览

本综述文章讨论了氧还原反应（ORR）电催化剂的集成构建，这些催化剂是燃料电池中的关键组成部分。尽管已取得了显著进展，但这些催化剂的优越活性受到质量传输不平衡的限制，在实际的燃料电池应用中无法完全体现。本文提出了铂-纳米碳混合催化剂的设计概念和发展轨迹，旨在增强阴极电催化剂和氢气反应器的性能。

首先，作者介绍了Pt/C催化剂，特别强调了基于集成设计概念的杂原子修饰和功能化纳米碳的微观结构构建的多样性构架。接着，作者讨论了Pt/C基催化剂的结构演变、性能增强和催化机制，包括合理的制备方法、优越的活性、强大的稳定性、牢固的金属-载体相互作用、吸附调节、协同路径、限制策略、离聚物优化、质量传输许可、多维构建和反应器升级。

此外，作者还探讨了通过铂-纳米碳集成催化剂的令人印象深刻的多维构建实现的低障碍或无障碍质量交换界面和通道，旨在优化燃料电池的效率。最后，作者概述了与铂-纳米碳集成催化剂相关的挑战，并提供了燃料电池未来发展的趋势和展望。

图文导读

图1：对比旋转盘电极（RDE）和膜电极组件（MEA）评估中阴极电催化剂的性能差异。

图2：Pt/C基混合电催化剂的类型和针对质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的改进策略。

图3：(a) 支持催化剂的降解机制和改进策略；(b) N掺杂碳上的ORR途径示意图；(c) 超电势的火山图；(d) NGC支撑减弱Pt-O相互作用的示意图；(e) NGC上PtCo合金间化合物（IMC）的形成；(f) 高温硫锚定合成方法；(g) 基于Pt基IMC催化剂的MEAs的阴极质量活性（MA）；(h) Pt-9.3@NPC和Pt/C催化剂的极化曲线。

图4：(a) 封装催化剂的抗衰减机制和限制增强；(b) 不同加速耐久性测试（ADT）周期数的Pt-Pt键合距离的EXAFS拟合结果；(c) 石墨烯口袋中封装的超细NPs和ADT后的比表面积（ECSA）保持；(d) 按总Pt负载量归一化的MEAs的额定功率；(e) 中空多孔碳限域的PtCo3 IMCs；(f) 具有介孔限制的亚Pt IMCs；(g) 碳支撑和N掺杂碳包覆的PtFe IMCs；(h) 半封装的Pt₃Co@NPC。

总结展望

本文综述了铂-纳米碳集成催化剂在燃料电池中的开发和应用，重点讨论了催化剂的设计、制备和性能优化。通过多维构建和集成设计，催化剂在活性、稳定性和质量传输方面表现出显著的改进。

未来的研究将集中在进一步优化催化剂的微观结构，提高制造过程的一致性和可扩展性，并深入理解催化剂在实际燃料电池操作中的结构-活性关系。此外，将探索机器学习和大数据分析以加速高效电催化剂材料的开发，并推动集成催化剂在实际能源转换技术中的应用。

文献信息

标题：Integration construction of hybrid electrocatalysts for oxygen reduction

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202404773

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华科夏宝玉AM综述：用于ORR的混合电催化剂的最新进展！

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