<section style="white-space: normal; text-align: center; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">
通讯作者：Panagiotis Tsiakaras*， 沈培康* https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119460 首文采用一种简单的一锅法合成了镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架结构催化剂（Pt-Co ND-NF）。这种特殊结构是通过调节水的用量、混合溶剂油胺与油酸的比例、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的用量形成的。镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架增强了对氧还原反应(ORR)的催化性能，在50,000个循环的加速耐久性测试(ADTs)中也显示出了较强的稳定性。贵金属基纳米材料在催化领域具有很好的应用前景，其中铂基贵金属纳米催化剂在甲醇燃料电池和质子交换膜燃料电池（PEMFC）等燃料电池发展领域具有重要地位。铂是电催化领域不可缺少的催化剂，然而铂催化剂储量有限，成本高，严重阻碍了其广泛应用。为了解决这些问题，我们通过引入过渡金属元素钴和调控催化剂结构来减少铂的用量，提高制备的催化剂的质量活性和稳定性，制备出了一种铂含量低、催化活性好且耐久性强的催化剂。这也是在目前催化剂领域有很强战略性意义的课题。目前，已经报道了很多结构形态开放的拥有良好的催化活性和稳定性的Pt基合金催化剂。铂基金属纳米框架材料以其高度开放的结构和极高的铂原子利用率大大地提高了电催化性能，同时也吸引了众多研究者。在以往的经验中，要合成框架结构一般的方法是进行酸处理，但是这种方法难以控制精细的形貌同时也比较复杂。此外关于铂钴纳米框架的报道也很少，主要原因有晶格失配导致难以形成合金、钴较其他金属更难被还原、铂和钴难以形成独特的异质结构以及铂钴多面体很难完全蚀刻得到纳米框架。基于以上原因，我们研究工作主要集中于铂钴纳米框架催化剂的制备及其催化性能研究。我们这里首次采用一种简单而有效的方法合成了具有铂皮肤的镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架。镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架表现出增强的氧还原催化性能和很好的电化学稳定性，其质量活性(0.939 A mgPt-1)高于商业铂碳Pt/C (0.187 A mgPt-1)，循环5万圈后，半波电位仅比初始值左移18mV。我们通过简单的溶剂热法，用一定比例的油胺和油酸混合溶液作为溶剂和还原剂对氯铂酸和乙酰丙酮钴共还原出铂钴合金。通过一系列的探索，最后对加入超纯水的量、油胺油酸的比例以及表面活性剂用量进行了严格的控制，最后再经过足够时间的反应，最终制备出了一种特殊的铂钴框架结构催化剂。催化剂用SEM、TEM进行了表征（Figure 1），值得注意的是通过电子能量损失谱的元素分布分析可以明确的看出这种催化剂是具有铂皮肤结构的。此外我们还用XRD、XPS对催化剂材料做了分析，在文中也有详细的描述。▲Figure 1. (a) Low-magnification TEM image and SAED pattern, (b) HAADF-STEM image, (c) TEM images and models at different angles, (d) high-magnification TEM image and HRTEM, (e) The mapping images of Pt-Co ND-NF in EELS.
为了验证这种开放结构的镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架催化剂能否达到我们预期的效果，我们使用旋转盘电极（RDE）系统来确定催化剂对氧还原反应的催化活性（Figure 5）。我们发现，这种开放结构的催化剂相比于未完全形成这种结构的其他结构的质量活性更好，引入入过渡元素钴之后铂钴合金催化剂也比商业Pt/C催化剂的质量活性高。并且我们最后得到的PtCo ND-NF催化剂因其特殊的保护结构在稳定性测试中表现出很大的优势。
▲Figure 5. (a) CV curves at a sweep rate of 50 mV s-1 in an N2- saturated 0.1 M HClO4 solution (25 °C), (b) ORR polarization curves in an O2-saturated 0.1 M HClO4 solution (25 °C) at 1600 rpm with a scan rate of 5 mV s-1 and (inset) Tafel plots of mass activities give as kinetic current densities (Jk) normalized with the Pt loading, (c) ORR polarization curves in an O2-saturated 0.1 M HClO4 solution (25 °C) at 1600 rpm with a scan rate of 5 mV s-1 and (inset) CV curves, (d) ECSAs, (e) mass activity at 0.9 V, and (f) specific activity initial and after ADTs of Pt/C, Pt-Co ND, Pt-Co ND-SD and Pt-Co ND-NF.
采用一种简单一步合成的方法成功地制备了一种新型的镶嵌纳米枝晶的铂钴的纳米框架。并且通过一系列的探索，揭示了Pt-Co ND-NF的形成机理。此外，Pt-Co ND-NF的质量活性高于Pt-Co ND和商业Pt/C。在稳定性方面，Pt-Co ND-NF在50000电位循环后质量活性仍然比商业Pt/C的初始质量活性好。更重要的是，这种独特的具有铂皮肤的镶嵌纳米枝晶的铂钴纳米框架材料提供了一种新的保护方法，为增强催化剂稳定性提供了很有前景的思路。当然，，在今后的工作中我们会进一步优化我们的催化剂，尽量减少钴在催化剂中的溶解，或者制备出更有序、Pt配位数更高的新表面以提高催化剂的性能。广西石墨烯研究院首席科学家，中国电化学委员会燃料电池专业委员会主席，中国材料研就学会终身会员，广西石墨烯标准化技术委员会主任。主要专长包括燃料电池、超级电容器、和锂离子电池在内的能源材料和装置，包括纳米功能材料、微观电化学和石墨烯宏量制备技术等。先后承担国家重大科技项目、国家863项目、国家基金委-广东省联合项目、国家自然科学基金国际重大和联合基金项目及产学研等五十余项。迄今为止，共培养了36名博士研究生93名硕士研究生和10名博士后。在能源材料领域核心专业期刊如Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy & Environ. Sci.等发表论文460余篇，累计ESI论文35篇，h-因子69。论文被广泛引用超2万次。申请和授权国家发明专利九十余件。2016年获选全球高校能源科学与工程学科最具影响力的高被引150名学者之一，连续5年被爱思唯尔评为中国高被引学者。受世界科技出版集团CRC Press和Springer邀请组织编写能源材料科技前沿著作4部。作为大会主席主办了8次国际电化学能源材料会议。因在电化学能源领域做出的突出科学贡献，2013年获国家自然科学奖二等奖（第一完成人），2017年被评为广西八桂学者，同年获得全国五一劳动奖章，2019年荣获广西自然科学奖一等奖。https://cicrem.gxu.edu.cn/
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