阻礙質子交換膜燃料電池廣泛應用的一個重大挑戰是陰極氧還原反應(ORR)催化劑的性能不理想，它需要過量的Pt來促進緩慢的ORR動力學。為了解決這個問題，人們付出大量努力來提高催化劑ORR活性，同時有效地減少貴金屬Pt的使用。其中，構建具有富含Pt位點殼層和低Pt用量核的核殼納米結構被證明是一種有效的方法。具體而言，將表面Pt殼設計成高指數小面(HIF)，這些HIFs通常提供更有利于催化的表面原子結構，包括原子臺階和扭結，以提高ORR活性；同時，可以引入另一種過渡金屬(PtM)來降低核中Pt的用量，且殼層與核之間的相互作用也有助于ORR活性的提高。

基于此，中國科學技術大學姚濤、曹林林和安徽大學羅其全等開發了一種逐步自組裝策略，利用表面活性劑和溶劑來調節金屬前體的還原速率，制備出具有高指數Pt殼封裝的PtCu₃金屬間化合物(IMCs)核的核殼催化劑(HIFs Pt@PtCu₃)。在這種合成方法中，繞過高溫處理，通過共還原金屬前驅體直接獲得PtCu₃核，然后剩余的Pt自發沉積到其表面。在合成過程中，表面活性劑優先覆蓋形成的低指數Pt原子，且空間位阻抑制它們的生長，這一過程導致形成穩定的高指數臺階。

原位光譜和理論計算表明，高指數Pt位點上發生O_ads到OH_ads的快速轉化，加速了反應的動力學；同時，HIFs Pt@PtCu₃優化了*OH的結合能，降低了反應能壘，進而提升了ORR活性。

得益于上述優點，所制備的HIFs Pt@PtCu₃催化劑的ORR半波電位(E_1/2)為0.911 V_RHE，優于商業Pt/C催化劑(E_1/2=0.847 V_RHE)。值得注意的是，HIFs Pt@PtCu₃核殼結構擁有更強的電子相互作用，增強了其抑制活性成分溶解的內在能力。

因此，除了具有良好的ORR活性之外，HIFs Pt@PtCu₃還表現出優異的長期穩定性，在15000個ADT循環后，E_1/2僅有14 mV的負移。綜上，這項工作為通過原子導向的活性位點工程來擴展先進電催化劑的構建提供了范例。

Self-assembly intermetallic PtCu₃ core with high-index faceted Pt shell for high-efficiency oxygen reduction. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00111