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　　北大工學(xué)院郭少軍團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表重要成果

　　北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍團隊在燃料電池高性能低鉑電催化劑研究方面取得重要進展。該工作首先合成含有高指數(shù)面的Pt3Fe多級納米線，再通過煅燒得到含有兩個原子層厚的Pt-skin結(jié)構(gòu)，并評估了該材料在酸性介質(zhì)中的氧還原和醇氧化催化性能，最后基于DFT理論計算結(jié)果證明含有高指數(shù)面的Pt-skin 表面對反應(yīng)中間體的吸附能優(yōu)化，有利于電催化反應(yīng)的進行。該工作首次將Pt-skin 和高指數(shù)面結(jié)合，在催化劑活性和穩(wěn)定性方面有了很大提升，為高性能電催化材料的設(shè)計和開發(fā)指出了新方向。合作成果以“研究通訊”的形式發(fā)表在最新一期國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《先進材料》(Advanced Materials)上(doi: 10.1002/adma.201705515)。

　　質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)有利于解決目前全球性的能源短缺，環(huán)境污染及氣候變化等問題，被認為是替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機的理想動力供應(yīng)設(shè)備。然而，PEMFCs的商業(yè)化應(yīng)用受限于其較高的Pt負載量用于催化電極反應(yīng)的進行，尤其是陰極動力學(xué)緩慢的氧還原反應(yīng)(Oxygen reduction reaction, ORR)。因此，設(shè)計及合成低Pt用量高催化活性的電催化劑至關(guān)重要。提高ORR活性的一個有效策略是將過渡金屬(M)與貴金屬Pt 合金，通過配體和應(yīng)力效應(yīng)來調(diào)控其近表面組份。研究表明，具有三明治結(jié)構(gòu)的Pt-skin對ORR的催化性能卓越;同時，Pt的高指數(shù)晶面也較其它低指數(shù)晶面有更高的催化活性。若能結(jié)合以上兩種結(jié)構(gòu)特征，勢必會進一步促進電催化反應(yīng)的進行。然而，如何實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的合成仍是一個巨大挑戰(zhàn)。為解決這一問題，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍團隊設(shè)計開發(fā)了一種新型合成路線，得到了具有Pt-skin結(jié)構(gòu)和高指數(shù)晶面的一維納米線結(jié)構(gòu)。物理表征結(jié)果證實，所得鋸齒狀一維Pt3Fe納米線表面形成了約兩個原子層厚的Pt-skin結(jié)構(gòu)。電化學(xué)實驗表明，該催化劑的比質(zhì)量和面積活性分別達到了4.34 mA cm?2 和2.11 A mg?1，比商業(yè)Pt/C分別高出16.7 和13.2倍，且具有極為卓越的電化學(xué)穩(wěn)定性。進一步計算研究發(fā)現(xiàn)，這種獨特結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的配位和應(yīng)力效應(yīng)能夠優(yōu)化氧吸附能，從而大大提高催化活性。該工作將對電催化理論研究和新型高效燃料電池電催化劑的開發(fā)具有指導(dǎo)意義，也為下一代高性能低成本電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新思路。

　　該工作由北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍團隊完成。郭少軍">郭少軍為論文的通訊作者，博士后駱明川和聯(lián)合培養(yǎng)博士生孫英俊為共同第一作者。該項目得到國家自然基金和科技部重點研發(fā)計劃等項目支持。

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