質子交換膜燃料電池（PEMFCs）是一種很有前途的重型車輛零排放動力源，但目前為傳統輕型汽車開發的碳支撐、催化劑、膜和離聚體不滿足嚴格的要求，長期耐用性高達25000 h是一項挑戰。

基于此，紐約州立大學布法羅分校武剛教授和匹茲堡大學王國峰教授等人報道了一種由高含量（40 wt%）的鉑納米顆粒組成的PGM催化劑，該催化劑在富碳原子金屬位點（如MnN₄）上。

使用Pt（40 wt%）/Mn-N-C陰極催化劑的MEAs性能和耐用性顯著增強，在HDV下（0.25 mg_Pt cm^-2和250 kPa_abs壓力），在0.7 V電壓下產生1.41 A cm^-2，在延長和加速應力測試高達150000次電壓循環后保持1.20 A cm^-2。

通過DFT計算，作者研究了Mn-N-C載體在長期AST過程中對Pt納米粒子的穩定作用。作者構建了三個模型，包括一個孤立的Pt原子和一個帶有MnN₄部分（Pt/MnN₄）的石墨烯層、一個不含金屬的N₄位點（Pt/N₄）和一個不含摻雜劑（Pt/C）的N₄。被吸附的Pt原子擴散到石墨烯層上，并沉積在大Pt納米顆粒的表面。

作者預測Pt原子在MnN₄、N₄C和石墨烯上擴散過程的活化能分別為0.83、0.26和0.16 eV，結果表明MnN₄片段可以捕獲擴散的Pt原子，從而阻止它們擴散和沉積在大的Pt納米顆粒上。

作者預測在石墨烯層中加入MnN₄基團可以通過延緩Pt的擴散來提高Pt納米顆粒的耐久性，解釋了Pt納米顆粒在Pt(40 wt%)/Mn-N-C在Pt(40 wt%)/HSC MEA中，Pt納米顆粒生長嚴重，而Pt(40 wt%)/Mn-N-C催化劑的團聚較少，保留了顯著的小Pt納米顆粒小于3 nm。

Pt Nanoparticles on Atomic-Metal-Rich Carbon for Heavy-Duty Fuel Cell Catalysts: Durability Enhancement and Degradation Behavior in Membrane Electrode Assemblies. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03270.

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