非晶态工程化铂材料形成的不对称电场，用于提升燃料电池的功率密度

《Advanced Functional Materials》：Amorphous-Engineered Pt Asymmetric Electric Fields for Enhanced Power Density in Fuel Cells

多尺度协同催化体系设计提升燃料电池性能。通过原子层沉积制备亚3纳米非晶壳/晶态核Pt纳米颗粒，构建Pt SA+AC+NP*三尺度体系，显著提升氧还原活性与燃料电池性能，并降低H2O2选择性。

　　

摘要

非晶态晶体工程已成为提升催化性能的关键策略。然而，在超微系统（<3纳米）中精确实现这一技术仍然具有挑战性，这阻碍了单个原子（SA）与原子簇（AC）之间的跨尺度相互作用。本研究通过原子层沉积（ALD）技术在碳黑表面制备了亚3纳米的非晶壳/晶体核Pt纳米颗粒（Pt NP*），成功构建了双尺度（Pt_SA+NP*/CB、Pt_SA+AC/CB）和三尺度（Pt_SA+AC+NP*/CB）异质结构，用于氧还原反应（ORR）。实验和密度泛函理论（DFT）结果表明，Pt NP*不仅在单尺度、双尺度和三尺度协同作用下表现出最佳的内禀ORR活性，还能通过尺寸工程化的异质协同效应激活其他反应位点的ORR和H₂O₂转化动力学。因此，三尺度Pt_SA+AC+NP*/CB结构的Pt质量活性比商用Pt/C提高了三倍，且H₂O₂选择性低至3.9%，优于双尺度Pt_SA+NP*/CB和Pt_SA+AC/CB结构。同时，该结构在500 mA cm^?2的电流下能够稳定运行100小时，燃料电池的峰值功率密度达到2.34 W cm^?2。这项工作为非晶工程在多尺度协同效应中的应用提供了新的视角。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。