铈氧化物锚定低载量铂催化剂优化氧还原反应：电催化效率提升新策略

针对质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中铂(Pt)催化剂负载量高、纳米颗粒易聚集及电子转移效率低等问题，研究人员通过引入铈(Ce)构建Pt/CeO2@C复合催化剂，利用CeO2表面氧空位(OVs)锚定Pt纳米颗粒，显著提升氧还原反应(ORR)性能。该催化剂半波电位(E1/2)达0.935 V，电化学活性面积(ECSA)提升25%，为低成本高性能燃料电池开发提供新思路。

　　

在追求碳中和的全球背景下，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为氢能经济的核心组件，其发展却受制于昂贵的铂（Pt）催化剂。目前车用PEMFCs阴极需0.4 mg/cm²的Pt负载量，导致催化剂成本占电堆总成本的55%。更棘手的是，低载量Pt催化剂普遍存在纳米颗粒聚集、活性位点失活等问题，严重制约其大规模应用。中国北方稀土高科技股份有限公司的研究团队在《Journal of Rare Earths》发表研究，通过创新性地将Pt纳米颗粒锚定在富含氧空位的CeO₂载体上，成功开发出高性能Pt/CeO₂@C催化剂，为破解这一难题提供新方案。

研究采用水热还原-共沉淀联用技术，以六水合氯铂酸为Pt源、硝酸铈为Ce源，通过调控pH值和煅烧温度制备催化剂。结构表征显示，Pt纳米颗粒（3-5 nm）均匀分布在CeO₂载体表面，X射线衍射（XRD）证实Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对的存在。

Synthesis of Pt/CeO₂@C catalyst
通过精确控制反应条件，实现Pt前驱体在CeO₂表面的原位还原，氧空位（OVs）作为锚定位点有效抑制Pt颗粒聚集。

Structural characterization
扫描电镜（SEM）显示催化剂粒径均一（约70 nm），透射电镜（TEM）证实Pt纳米颗粒边缘分布特征。X射线光电子能谱（XPS）揭示Ce³⁺含量达38.7%，表明大量氧空位形成。

Conclusions
电化学测试显示，催化剂半波电位（E_1/2）较传统Pt/C提升60 mV至0.935 V，ECSA达101.35 m²/g。密度泛函理论（DFT）计算表明，CeO₂与Pt的d轨道杂化降低Pt的d带中心，氧空位增强氧吸附能力，协同提升ORR动力学。

该研究突破性发现CeO₂氧空位对Pt的稳定锚定作用，不仅阐明原子级作用机制，更推动低Pt负载催化剂从实验室走向产业化。其创新性体现在三方面：一是首次系统论证CeO₂在ORR催化剂中的电子调控作用；二是开发出可规模化制备的简易合成方法；三是为稀土（RE）在新能源材料中的应用开辟新途径。这项成果对降低燃料电池成本、加速氢能商业化具有重要战略意义。