Nature三劍合璧！西交金明尚、加州大學殷亞東、上交鄔劍波共同調控鉑催化劑性能

【研究背景】

鉑（Pt）被廣泛用作可持續能源轉換系統的電化學反應的催化劑。反應發生在催化劑的表面，因此使用納米級鉑顆粒來優化這種昂貴且稀缺元素的表面質量比，以提高裝置的效率，從而減少鉑的使用量。鉑的活性由其電子結構（通常為d帶中心）控制，該電子結構敏感地依賴于晶格應變。這種依賴性可用于催化劑設計，而核殼結構和彈性基材的使用使得應變工程鉑催化劑具有顯著改善的電催化性能。然而，詳細繪制Pt催化轉化中的應變-活性相關性（可能涉及許多不同的過程）并確定特定反應的最佳應變修飾是一項挑戰。

【成果簡介】

西安交通大學的金明尚、美國加州大學河濱分校的殷亞東和上海交通大學的鄔劍波等人聯合發現，當超薄鉑殼層沉積在鈀基納米管上時，納米管通過磷化作用和去磷化作用可發生擴張或收縮，從而引發Pt（100）晶格的應變變化，其變化范圍可從?5.1%調整到5.9%。作者利用這一應變控制策略調控鉑殼層的電催化活性，并發現針對甲醇氧化和析氫反應的應變-活性的相關關系分別遵循M型曲線和穹形火山型曲線。該方法未來可用于篩選晶格應變，從而優化金屬催化劑的性能。該文章近日以題為“Mastering the surface strain of platinum catalysts for efficient electrocatalysis”發表在知名頂刊Nature上。

【圖文導讀】

圖一、沉積在鈀基納米立方體上的超薄鉑殼的晶格應變控制示意圖

圖二、無應力和拉伸應變鉑殼的表征

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圖三、壓縮應變鉑殼體的表征

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圖四、電化學表征

圖五、DFT計算

【全文總結】

綜上所述，作者通過在鈀基納米管上沉積超薄鉑殼層，制備了表現最好的催化劑（對HER的PtT-2.8和對MOR的PtT-4.7），其活性超過了大多數先前報道的Pt和PdPt雙金屬催化劑，兩種催化劑也表現出良好的耐久性和加速耐久性測試后活性、形態、晶格常數和成分的變化可以忽略不計。本文應變調整策略不僅可以從根本上探索應變如何影響Pt電催化，而且還為制造用于可再生能源轉換反應的高性能Pt催化劑提供了一條有前途的途徑。

文獻鏈接：Mastering the surface strain of platinum catalysts for efficient electrocatalysis (Nature 2021, doi: 10.1126/science.abf3427)

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