掺杂金属的电负性决定了PtFeM金属间催化剂在氧气还原反应中的稳定性

《ACS Energy Letters》：Electronegativity of Doped Metals Determines the Stability of PtFeM Intermetallic Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

Pt基合金催化剂稳定性受M元素电负性调控，高电负性金属导致氧还原活性显著下降，低电负性金属通过电荷积累抑制Pt、Fe、M元素溶出。该研究揭示电负性作为Pt基催化剂设计的关键指标。

　　

基于铂的合金催化剂在燃料电池中的长期稳定性受到过渡金属浸出的严重限制，这会降低氧还原反应（ORR）的性能。在本研究中，我们发现三元PtFe_0.5M_0.5（其中M为3d过渡金属）催化剂的稳定性主要取决于元素M的电负性。密度泛函理论计算和实验结果表明，在加速降解测试后，过渡金属的保留率与M元素的电负性之间存在强相关性：掺杂高电负性金属（Ni、Cu、Co）的PtFe催化剂表现出严重的ORR质量活性损失（约30%），而中/低电负性金属的催化剂则表现出显著的保留率（例如，PtFe_0.5Sc_0.5的保留率为89.2%）。低电负性的M元素通过增强电荷积累来稳定铂的价态，从而抑制Fe和M的浸出，而非通过传统的牺牲阳极机制实现这一效果，这一点通过电子局域化函数分析和结构表征得到了证实。本研究确立了电负性作为设计耐久性铂基ORR催化剂的关键参数，适用于燃料电池应用。