武刚C. J. Catal: 铂基合金ORR电催化剂：合成，结构和性能

雨辰

2020-05-05

为了解决日益严重的环境污染和能源短缺问题，清洁可再生能源的需求不断增加。质子交换膜燃料电池具有零排放、能量效率高、功率可调等优点，是未来电动汽车中最理想的驱动电源，具有广阔的市场前景。尽管如此，PEMFCs的商业化仍处在起步阶段，其进一步发展仍受成本高和寿命短的制约。质子交换膜燃料电池的阴极端氧还原反应的动力学十分缓慢，需要使用大量贵金属铂纳米催化剂作为电极催化剂来维持质子交换膜燃料电池的高效运转，这使得质子交换膜燃料电池的成本十分高昂，限制了其大规模商业化应用。为此，减少质子交换膜燃料电池中贵金属铂的用量具有重要意义。虽然非铂催化剂取得了重要的进展，但其性能和稳定性还远不能满足PEMFCs商业化的需求。在铂基催化剂中，提高铂基催化剂在氧还原反应中的质量活性以及催化稳定性是降低贵金属铂用量的途径。

有鉴于此，纽约州立大学布法罗分校武刚教授等人，综述了铂基合金氧还原催化剂在制备、形貌和性能方面的研究进展。

本文要点

1）综述了近年来高活性铂基合金催化剂的研究进展，着重讨论了铂基金属间化合物的纳米结构及载体影响，对不同催化剂的性能结构给出了深入的分析，对目前铂基合金催化剂面临的挑战进行了探讨，并对其未来的发展提出了展望。

2）PtM合金催化剂不仅可以降低铂的利用率，而且由于原子半径不匹配(几何效应)以及电子结构不同(电子效应)，有助于提高催化活性和稳定性，是最有应用前景的ORR催化剂之一。研究人员通过操控原子结构、调控表面原子组成等手段对PtM合金催化剂进行精确设计和制备，建立催化剂性能和结构之间的关系。另外，碳载体的形貌及微观结构也对提高催化活性和稳定性起到决定性作用，通过化学手段加强金属纳米颗粒与碳载体之间的相互作用也是提高催化剂稳定性的重要途径。

3）铂基氧还原催化剂在实际商业化过程中还面临以下挑战：1）对于氧还原反应机理仍需要深入研究；2）提高催化剂在膜电极中的催化活性和利用率；3）催化剂的稳定性仍需进一步提高。

参考文献：

Xiao XiaWang et al. Pt alloy oxygen-reduction electrocatalysts: Synthesis, structure, and property. Chinese Journal of Catalysis, 2020.

DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63407-8

https://doi.org/10.1016/S1872-2067(19)63407-8