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?武大/鄭大AM：混合維PtNi合金多面體納米鏈作為直接甲醇燃料電池的雙功能電催化劑

直接甲醇燃料電池是目前公認(rèn)的最有發(fā)展前景的清潔能源技術(shù)。然而，陽極甲醇氧化反應(yīng)和陰極氧還原反應(yīng)動力學(xué)緩慢，反應(yīng)動力學(xué)不均衡和缺乏高效的雙功能催化劑以降低其過電位，促進(jìn)催化反應(yīng)。雖然Pt納米催化劑因其吸附/脫附能適中而被廣泛應(yīng)用于陽極甲醇氧化反應(yīng)和陰極氧還原反應(yīng)，但其依賴于尺寸的活性與穩(wěn)定性之間存在不平衡關(guān)系。

武漢大學(xué)王自昱和鄭州大學(xué)郭海中等人制備了具有納米多面體-納米線-納米多面體結(jié)構(gòu)的有序組裝的混合維Pt-Ni合金多面體納米鏈（Pt-Ni PNC）作為直接甲醇燃料電池的雙功能電催化劑，有效地緩解了尺寸效應(yīng)。

Pt-Ni PNC催化劑的陽極甲醇氧化反應(yīng)的質(zhì)量活性和比活性分別是商業(yè)Pt/C的7.23倍和6.55倍。原位傅里葉變換紅外光譜和CO測試表明Pt-Ni PNC具有良好的穩(wěn)定性并且可以抗CO中毒。在陰極氧還原反應(yīng)中，Pt-Ni PNC的半波電位比具有其它形貌的Pt-Ni催化劑和商業(yè)Pt/C的半波電位都要高，并且可以很好地保持10,000個循環(huán)，活性衰減可以忽略不計，半波電位在測試后僅下降了19 mV。本文所設(shè)計的納米結(jié)構(gòu)可以緩解零維小尺寸Pt-Ni合金納米晶的團(tuán)聚和溶解問題，豐富一維鏈狀納米結(jié)構(gòu)的活性面。

通過混合維調(diào)制得到的Pt-Ni PNC的優(yōu)異性能的主要原因為：

（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。有序的納米多面體-納米線-納米多面體結(jié)構(gòu)同時具有零維納米多面體和一維納米線。Pt-Ni PNC的結(jié)構(gòu)能夠緩解小尺寸零維納米多面體引起的團(tuán)聚和溶解問題，并提供了比光滑的一維納米線更多的活性表面和活性位點。與普通的一維鏈狀納米結(jié)構(gòu)相比，這種新型的混合維界面具有更豐富的角缺陷和原子階梯位點，以及最優(yōu)的{111}面。

（2）Ni調(diào)制Pt，主要包括兩個方面：一是原子水平上的壓應(yīng)變和成分偏析的發(fā)生，二是Ni對Pt電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制。Pt和Ni的配體效應(yīng)能有效降低d帶中心位置，調(diào)節(jié)Pt的配位環(huán)境。本研究提供了一種改進(jìn)Pt基納米催化劑催化性能的策略，即通過構(gòu)建混合維度的新型界面關(guān)系來緩解尺寸效應(yīng)造成的催化活性與催化穩(wěn)定性之間的不平衡。

Mixed-Dimensional Pt-Ni Alloy Polyhedral Nanochains As Bifunctional Electrocatalysts for Direct Methanol Fuel Cell, Adv. Mater., 2022, DOI：10.1002/adma.202206508.

https://doi.org/10.1002/adma.202206508.

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