超细钯钼合金纳米线调控氧中间体吸附以增强锌空气电池氧还原性能

针对钯基催化剂因氧中间体(*O/*OH/*OOH)过度吸附导致ORR(氧还原反应)动力学迟缓的问题，研究人员通过CO介导的定向生长策略合成了一维超细PdMo合金纳米线(PdMo NWs)。该催化剂在锌空气电池中展现出214.8 mW cm?2的峰值功率密度和160小时稳定性，其质量活性(1.08 mA μgPd?1)较商业Pt/C提升9.2倍。DFT计算和原位EC-FTIR证实Mo合金化可下调Pd的d带中心，为设计非铂ORR催化剂提供了新思路。

　　

在清洁能源技术快速发展的今天，金属-空气电池因其理论能量密度高达锂离子电池5-10倍的突出优势，被视为下一代储能设备的明星选手。然而，这类电池的"心脏"——氧还原反应(ORR)却面临着严峻挑战：这个涉及多电子转移的复杂过程，需要高效催化剂来打破反应能垒。目前商用的铂基催化剂不仅价格昂贵，还存在易中毒、稳定性差等痛点。更棘手的是，与铂同族的钯(Pd)虽然成本较低，但其表面过强的氧中间体吸附会导致活性位点被"锁死"，就像被胶水粘住的齿轮，严重制约反应动力学。

针对这一关键科学问题，山东大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表创新成果。他们通过巧妙的CO吸附介导策略，合成出直径仅2.3 nm的超细钯钼合金纳米线(PdMo NWs)，就像为电池装上了纳米级的"分子马达"。这种独特的结构不仅暴露出更多活性位点，更通过Mo合金化实现了对Pd电子结构的精准调控。实验数据显示，该催化剂的质量活性达到1.08 mA μg_Pd^?1，比商业Pt/C高出近10倍；组装的锌空气电池更是创下214.8 mW cm^?2的功率密度纪录，持续工作160小时后性能仍保持90%以上。

研究团队采用多项尖端技术进行机制解析：通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表征纳米线形貌与晶体结构；利用电化学工作站测试ORR极化曲线；结合密度泛函理论(DFT)计算揭示d带中心下移规律；采用原位电化学傅里叶变换红外光谱(in-situ EC-FTIR)实时监测氧中间体吸附行为。

【材料与合成】部分显示，以Na₂PdCl₄和Mo(CO)₆为前驱体，通过CO诱导的各向异性生长成功制备出均匀分散的纳米线。高分辨TEM证实其表面存在大量台阶原子和晶格畸变，这些缺陷结构成为ORR的活性中心。

【结果与讨论】章节揭示三大发现：(1)X射线光电子能谱(XPS)显示Mo的引入使Pd 3d轨道结合能正移0.35 eV，表明电子从Pd向Mo转移；(2)DFT计算证实合金化使Pd的d带中心下移1.2 eV，减弱OH吸附能达0.18 eV；(3)原位红外谱图中OOH特征峰强度降低57%，直接证实氧中间体吸附减弱。

【结论】部分指出，这项工作通过"结构工程-组分调控"双策略，创制出兼具高活性与稳定性的ORR催化剂。其科学价值在于：(1)建立d带中心与ORR活性的定量关系；(2)发展CO介导的一维纳米材料合成新方法；(3)为锌空气电池商业化提供新材料体系。该研究不仅推动非铂催化剂发展，更通过原位光谱技术为催化机制研究树立新范式。