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設計一種高效、低鉑（Pt）負載量、穩定性好的酸性氧還原反應（ORR）催化體系仍然是質子交換膜燃料電池（PEMFCs）廣泛應用的挑戰。

基于此，中國科學技術大學吳宇恩教授和周煌博士等人報道了一種氣相有序合金化策略，并構建了一個有效的協同催化體系，該體系將PtM金屬間化合物（PtM IMC，M=Fe、Cu和Ni）和致密的分離過渡金屬位點（M-N₄）混合在氮摻雜碳（NC）上。由此產生的Pt₁Fe₁ IMC與Fe-N₄位點合作實現了協同ORR，半波電位為0.94 V，質量活性高達0.51 A mg_Pt^?1，在30 k循環后僅衰減23.5%，兩者都超過了DOE 2025的目標。

通過DFT計算，作者研究了Pt₁Fe₁/Fe₁-N-C上觀察到的顯著ORR活性的機理。根據表征結果，Pt₁Fe₁/Fe₁-N-C主要由較小的Pt₁Fe₁ IMC及其鄰近的Fe-N₄位點組成。鑒于Pt在合金表面的偏析，作者認為應變Pt(111)和單個Fe原子是主要的活性位點，明確考慮了它們對提高ORR活性的作用。

在Pt₁Fe₁/Fe₁-N-C催化劑上，具有三種可能的結合反應坐標。第一途徑和第二途徑分別是發生在單個活性位點的催化作用，即單個Fe原子位點（Fe-N-C路徑）和PtFe IMC的應變Pt(111)表面（應變Pt路徑）。Fe-N-C路徑和應變Pt路徑的速率決定步驟（RDS）分別為*OH + H⁺ + e^? →* + H₂O和* + O₂ + H⁺ + e^? →*OOH，自由能變化為0.81 eV。

第三種途徑，即在單個Fe原子位點上產生的H₂O₂分子可以被釋放并遷移到鄰近的應變Pt(111)表面，然后H₂O₂會在應變的Pt(111)表面迅速還原為H₂O。因此，Pt₁Fe₁/Fe₁-N-C多位點協同ORR途徑的催化效率，優于其他催化劑的直接四-電子途徑。

Coupling Single-Atom Sites and Ordered Intermetallic PtM Nanoparticles for Efficient Catalysis in Fuel Cells. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202302328.

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?中科大Small：PtM IMC高效催化ORR，助力質子交換膜燃料電池！

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