综述：铂和钯基催化剂在绿色可持续能源及生物医学应用中的进展

这篇综述系统阐述了铂(Pt)和钯(Pd)基催化剂在绿色能源转化（如电催化/光催化水分解、CO2还原）、电化学传感器及抗菌应用中的前沿进展。通过分析其催化机制（如HER/OER反应、CO2-to-fuel转化）和纳米结构调控策略，揭示了PGMs（铂族金属）在推动可持续技术发展中的核心作用，特别强调了其在解决能源危机和耐药菌挑战中的双重价值。

　　

铂和钯基催化剂的多元应用探索

1. 引言
铂(Pt)和钯(Pd)作为铂族金属(PGMs)的明星成员，凭借卓越的催化性能在能源与医疗领域大放异彩。Pt被誉为"效率之王"，主导燃料电池的氧还原反应(ORR)，而Pd则以碳-碳键构建能力成为药物合成的关键角色。两者在环境修复（如污染物降解）和电化学传感中的表现，更凸显其技术价值。随着全球对清洁能源和抗菌解决方案的需求激增，开发高性能、低成本的Pt/Pd催化剂成为研究热点。

2. 水分解技术
2.1 电催化水分解机制
水分解通过氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)实现，其效率取决于催化剂特性。Pt-NiFe层状双氢氧化物(LDH)复合材料在10 mA/cm²电流密度下仅需27 mV过电位，比纯NiFe LDH降低能耗达70%。Pd-TiO₂体系在近紫外光下6小时可产生113 cm³ STP氢气，归因于Pd对电荷分离的促进作用。

2.2 光催化水分解
Pt/TiO₂通过局域表面等离子体共振(LSPR)效应将产氢速率提升至58 mmol g^-1h^-1，而Pd掺杂使TiO₂带隙变窄，可见光响应增强。关键突破在于：

• 带隙调控（1.23 eV阈值）
• 载流子复合时间缩短至皮秒级
• 表面活性位点密度提升

3. CO₂还原转化
3.1 电催化CO₂还原
Pt-Pd合金催化剂在0.2 V vs RHE电位下实现46%法拉第效率，选择性生成甲酸。石墨烯负载的Pd纳米颗粒仅需26 mV过电位，其独特电子结构促进CO₂活化。

3.2 光催化CO₂还原
PtCu核壳结构在可见光下将CO₂转化为CH₄，压缩应变效应使CO₂吸附能提升300%。TiO₂-NT/GNR/Cu/Pd-Pt复合体系对乙醇的选择性达84.7%。

4. 电化学传感器
Pt-Ni(OH)₂-CC电极对氨的检测限低至0.42 μM，灵敏度4.5 μA/μM。Pd@Cr-MIL-101/ED传感器可检测1 nM吲哚，比传统碳电极灵敏度提高三个数量级。分子印迹技术使氯丙嗪检测限达2.6 nM，满足临床监测需求。

5. 生物抗菌应用
5.1 抗菌机制

• 尺寸效应：<2 nm的Pd NPs穿透细菌膜效率提升5倍
• 活性氧(ROS)爆发：Pd/BiOBr在0.5 μg/mL浓度下即杀灭铜绿假单胞菌
• 生物膜抑制：WS₂-Pd复合材料使金黄色葡萄球菌生物膜形成率降低80%

5.2 绿色合成突破
杨梅叶提取物合成的Pd NPs对大肠杆菌抑制圈达19 mm（10 μL剂量），且红细胞溶血率<5%，展现优异生物相容性。Pt@介孔二氧化硅纳米反应器可实现活细胞内H₂O₂的动态监测，为抗癌药物筛选提供新工具。

未来展望
开发非贵金属掺杂策略（如Fe、Co单原子催化剂）以降低成本，结合机器学习优化合金组分设计，以及发展原位表征技术揭示催化界面动态过程，将是突破现有性能瓶颈的关键路径。在生物医学领域，针对耐药菌的特异性靶向设计和体内代谢研究亟待加强。