氧还原反应中铂催化剂的不稳定性一直是个悬而未决的问题。较高的工作温度和质子浓度以及连续的循环测试都会。引起铂催化剂发生Oswald熟化从而加速铂溶解析出。比较而言，铂原子（100）面、顶点和边位的配位数较低更易发生溶解现象。此外，铂稳定性与环境中氧浓度密切相关，氧浓度越高，铂氧作用就会越强，铂更加不稳定。这种现象在铂的低配位点中更加明显。那么通过合适的方式降低铂氧相互作用，就可以间接提升铂催化剂的稳定性。

　　最近，我组研究人员与王家成研究员团队合作通过载体效应降低了铂氧偶极作用，从而显著抑制铂的溶解，提升其催化稳定性。研究人员首先设计制备出高石墨化的氮掺杂碳材料作为电子受体，用于优化铂颗粒的电子结构。其金属-载体相互作用导致铂原子表面电子云密度降低，从而弱化与表面氧的偶极作用。在酸性电解液中，相关催化剂中铂的溶解率仅为商业铂碳催化剂的1/18。通过拟合铂原子的脱出过程，发现该催化剂在初始弛豫过程表现出更大的势垒，从而导致稳定性提升。研究成果以Suppressing Dissolution of Pt-Based Electrocatalysts through the Electronic Metal–Support Interaction为题发表在Advanced Energy Materials（doi.org/10.1002/aenm.202101050）

图 1 通过载体作用降低铂催化剂析出示意图 　　  

　　高石墨化的氮掺杂碳材料是通过简易的溶胶凝胶法制备的，研究人员通过系统性探究碳源，氮源，金属源与热解温度，实现仅在900度便制备出高质量的少层结构碳材料。通过XPS发现氮的主要成分是石墨氮。作为载体负载铂后，得到的颗粒尺寸非常均一，这主要是因为铂在这种基底的形成能更低导致的，从而能以更小的尺寸稳定。进一步通过XPS和UPS证实铂和NGC之前存在着强相互作用。通过计算也发现电子是从铂转移到碳基底上的，这就导致铂的电子云密度降低，从而难以向表面的氧转移电子。因此表层的Pt-O偶极作用就会弱化，这在O₂-TPD测试中得到证实。 

　　通过20k圈CV循环测试，Pt/NGC表现出更优异的催化稳定性，其动力学电流密度，电化学活性面积衰减最少，并且颗粒溶解和团聚现象也是最弱的。

图2 高石墨化的氮掺杂碳材料（NGC）与Pt/NGC结构表征

图3 酸性环境ORR性能测试  

　　该工作得到国家自然科学基金，上海市科技创新行动计划等项目的支持 

　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101050