西安交大&華中科大Nat.Commun.：多組元金屬間化合物燃料電池催化劑合成新方法

鋼鐵俠 2個月前 (12-03) 1076瀏覽

據西安交大新聞網報道，西安交通大學物理學院楊生春教授團隊與華中科技大學姚永剛教授、上海交通大學鄔劍波教授合作，在小尺寸、高抗燒結、多組元Pt基金屬間化合物燃料電池催化劑制備領域取得重要進展。團隊首次提出利用氫化硼烯原位合成多組元Pt基金屬間化合物（IMCs）燃料電池催化劑的新策略。

楊生春教授團隊在前期研究基礎上（ACS Appl Mater & Interfaces, 2022；J Mater Chem A, 2020）提出了一種利用氫化烯（HB）合成多組元Pt金屬間化合物（IMCs）的新方法。該方法將HB的還原性與原位形成的硼（B）納米片相結合，形成了強金屬-載體相互作用（SMSI），從而使催化劑具有更小的尺寸、更高的負載能力和穩定性。實驗和理論計算揭示了催化劑中Pt-B鍵對催化劑的穩定性起到了關鍵作用，可使Pt納米顆粒能夠在高密度分布條件下仍然保持高度分散，即使在800-1000℃高溫熱處理過程中也展現出優異的抗燒結性能。此外，該策略還適用于在納米碳（如碳黑、碳納米管、石墨烯）和金屬氧化物（如Al₂O₃、TiO₂、CeO₂）材料表面制備超小尺寸和高負載量的負載型貴金屬催化劑，從而極大拓展了該策略的適用范圍。通過Pt-B之間的SMSI效應，團隊成功合成了一系列超小尺寸的二元、三元、四元和五元Pt基多組元金屬間化合物燃料電池催化劑。與商業催化劑相比，這些i-PtM催化劑表現出更高的催化活性和耐久性。

該成果以“氫化硼烯實現多組元金屬間化合物催化劑的合成”（Hydrogenated borophene enabled synthesis of multielement intermetallic catalysts）為題于2023年11月16日在《自然通訊》（Nature Communications）雜志在線發表。西安交通大學物理學院博士生曾曉曉、碩士生景玉丹（已畢業）、博士生高賽賽（已畢業）和上海交通大學博士生張文聰為論文共同第一作者，王斌副教授、華中科技大學姚永剛教授和楊生春教授為論文共同通訊作者，西安交通大學物理學院物質非平衡合成與調控教育部重點實驗室為論文第一完成單位。此外，物理學院張楊副教授參與了本論文計算工作，楊生春教授團隊梁超研究員、新疆大學季辰辰副教授、上海交通大學鄔劍波教授等也深入參與本工作。