1.NanoResearch：调控低Pt合金催化剂的纳米孔和固相核壳结构实现高功率密度PEM燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是一种非常有前景的能源转换器件之一，但受到昂贵的铂（Pt）催化剂的限制。开发低Pt载量的PEMFC（0.1mgPt/cm2）对其大规模商业化至关重要。目前大多数Pt基合金催化剂的测量均基于半电池，很少有研究表明在实际PEMFC中的质量活性接近或超过美国能源部目标（0.44A/mgPt

0.9V）。虽然在低电流密度下已经明显改善了动力学质量活性，但在大电流密度（1A/cm2）下的高功率密度对于PEMFC的应用也至关重要，这对于H2-空气条件下的低Pt载量PEMFC尤其具有挑战意义，因此，高Pt原子利用率是实现高功率密度的关键。此外，通过控制Nafion离聚物分布和介孔结构来优化Pt/离聚物界面也是改善O2传输从而提高电流密度的另一个重要策略。除了碳载体上的Nafion之外，目前尚不清楚Pt纳米结构如何影响Pt/离聚物界面和高电流密度的催化性能。

鉴于此，清华大学深圳国际研究生院干林副教授等人发展了可用于高功率密度PEMFCs的低Pt载量（PtNi3）催化剂，揭示了质量活性、Pt原子利用率和Pt/离聚物界面在不同电流密度下的相互作用机制，为Pt纳米结构在同时优化高功率密度燃料电池的质量活性、Pt原子利用率和Pt/Nafion界面中的作用提供了新的见解。

本文要点：

1)采用无表面活性剂和氧化涂层的高温硫化床策略，从15-nm多孔结构或亚5-nm固体核/壳结构实现了低Pt载量Pt-Ni催化剂的合成，不仅具有高的电化学活性面积（ECSA）（55-60m2/gPt），还可以用于PEMFCs中，并实现高质量活性和高功率密度；

2)Pt和Ni之间的高合金化程度的高温合成对于在低电流密度下实现高质量活性至关重要，而高ECSA主要影响大电流密度性能；

3)尽管固体核壳催化剂和去合金多孔催化剂在半电池中表现出相似的质量活性，但是在H2-空气条件下的PEMFCs测试中，在中等电流密度条件下，去合金多孔纳米颗粒表现出更优异的性能；

4)通过扫描透射电子显微镜图像结合电子能量损失光谱，进一步揭示了D-PtNi3/C-催化剂中的“半浸入纳米多孔-DPtNi3/离聚物”结构，可以同时促进O2在Pt表面的快速扩散和质子传输，相比之下，实心核壳PtNi3/C-F催化剂中的“完全浸没的核壳Pt/离聚物”结构会产生显着的O2传输阻力。

YongqiangKang,etal.,Engineeringnanoporousandsolidcore-shellarchitecturesoflow-platinumalloycatalystsforhighpowerdensityPEMfuelcells.NanoRes.,doi:10./s---1.

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