北大燃料电池新型低铂催化剂获新进展

质子互相交换膜燃料电池的商业化应用于受限于阴极较慢的氧还原成动力学。目前，最有效地提升氧还原成催化活性的策略是通过过渡性金属M（M＝Fe，Co，Ni，Cu等）与贵金属Pt合金化调控，来优化催化剂和含氧物种之间的键合能，进而强化氧还原成催化活性。最近研究指出，相对于表面催化剂，界面催化剂可以获取另一种有效地的方式强化氧还原成催化活性。

然而如何设计具备新的界面强化机理的高效界面催化剂仍是一个极大挑战。由于具备低的电导和热导率，出色的机械强度、硬度、化学稳定性以及耐腐蚀性，近年来过渡性金属的碳化物取得相当大的注目。

创立一个新的界面催化剂通过融合PtM和过渡性金属的碳化物依然是一个极大的挑战。为解决问题这些问题，北京大学工学院郭少军团队设计研发了一种新型哑铃状的PtFe－Fe2C纳米粒子。

这种哑铃状的PtFe－Fe2C纳米粒子是通过碳化哑铃状的PtFe－Fe3O4纳米粒子取得（图1a）。电化学测试表明，该催化剂在酸性介质中的氧还原成的比活性和质量活性分别超过了3．53mAcm2和1．50Amg1，比商业Pt／C分别高达11．8和7．1倍，且具备十分出色的电化学稳定性，经历5000个循环催化剂的活性完全没波动。

研究团队更进一步计算出来研究找到，这种独有结构具备一种精致的无障碍的界面电子传输机理，更加不利于电催化反应的展开从而提升电催化活性（图1b）。这种无障碍的界面电子传输机理还能扩展到其它电催化系统中，例如电催化析氢反应和过氧化氢电催化还原成。该催化剂在酸性介质中析氢的比活性超过了28．2mAcm2，比商业Pt／C分别高达2．9倍。

基于该催化剂过氧化氢电化学传感器的检测缩超过2nM。该工作对电催化理论研究和新型高效燃料电池电催化剂的研发具备指导意义，也为下一代高性能低成本电催化剂的结构设计获取了新思路。

该工作由北京大学工学院郭少军团队已完成。郭少军为论文的通讯作者，博士后赖建平和香港理工大学黄博龙博士为联合第一作者。

该项目获得国家自然科学基金、科技部重点研发计划和千人计划等项目反对。

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