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以氫為燃料的質子交換膜燃料電池(PEMFC)目前受到在陰極上使用大量貴重Pt以加速動力學緩慢的氧還原反應(ORR)的阻礙。因此，提高Pt的利用效率以減少使用量非常重要。

近日，湖南大學黃宏文和周一歌等發現了基于具有可調直徑的Pt納米線(NW)的異常尺寸效應，其中觀察到ORR的活性和耐久性隨著直徑從2.4 nm減小到1.1 nm而增加。結果表明，減小NWs直徑導致的壓縮應變增加在削弱吸附和抑制Pt溶解方面起主導作用，導致了這種異常尺寸效應，其中NWs上減少的低配位(固有的結構優勢)是根源。

根據ORR尺寸效應的經典理論，Pt NPs的比活性和耐久性會隨著粒徑的減小而降低。有趣的是，研究人員在此觀察到Pt NWs上具有完全不同的尺寸相關ORR性能，其中ORR性能隨著直徑的減小而提高。直徑和ORR性能之間的這種異常關系意味著Pt NWs在同時實現高Pt利用率和比活性方面具有先天優勢。

結構表征和MD模擬的結合表明，減小直徑會同時增加壓縮應變和低配位點的比例。力學分析進一步揭示了通過減小NW的直徑引起的壓縮應變增加在減弱吸附和抑制Pt溶解方面的主導作用是這種異常尺寸效應的根本原因，該發現不僅擴展了對經典尺寸效應的認識，而且為突破鉑基ORR催化劑設計中的尺寸限制提供了新的啟示。

Anomalous Size Effect of Pt Ultrathin Nanowires on Oxygen Reduction Reaction. Nano Letters, 2021. DOI:10.1021/acs.nanolett.1c03805

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湖大黃宏文/周一歌Nano Lett.：Pt超細納米線在氧還原反應中的尺寸效應

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