一支研究团队开发出了一种下一代铂基催化剂，提升了氢燃料电池的活性与耐久性。该研究发表于《先进材料》（Advanced Materials）。该团队由成均馆大学化学工程学院的 Sang Uck Lee 教授领导，博士生 Jun Ho Seok 为共同第一作者，成员还包括 Sung Chan Cho 博士，并与韩国大学的 Kwangyeol Lee 教授团队以及韩国科学技术研究院（KIST）的 Sung Jong Yoo 博士团队展开合作。
氢燃料电池通过氢气与氧气的电化学反应产生电能，被视为一项极具前景的清洁能源技术。然而，其更广泛的商业化进程一直受到阴极缓慢的氧还原反应（ORR）以及长期运行过程中催化剂降解的阻碍。
传统的铂基金属间化合物催化剂以其结构稳定性着称，但其原子组成和排列难以精确调整。这限制了优化其电子结构的努力，并使得在氢动力汽车所需的严苛运行条件下，难以同时实现高催化活性与长期耐久性。
为了应对这些挑战，研究团队开发了一种全新的催化剂设计策略，能够在保持铂基金属间化合物催化剂结构稳定性的同时，更精确地控制原子组成和电子结构。
利用这种方法，他们设计了一种由铂（Pt）、钴（Co）和锰（Mn）组成的三元金属间化合物纳米催化剂。通过利用催化剂与氧化物载体界面处形成的氧空位，团队成功引导了催化剂内部的原子排序，并开发出此前难以实现的三元铂基金属间化合物结构。
该研究的一个关键方面是使用了一种新的理论方法，揭示了前驱体阶段的界面合成机制，这在实验中很难被直接观察到。团队表明，早期在界面处形成的氧空位在驱动锰原子排序方面起到了决定性作用，为三元金属间化合物结构的形成提供了理论解释。这超越了传统的催化剂性能分析，为从原子水平理解和设计合成过程本身提供了一个框架。
这种新开发的催化剂通过其优化的电子结构，同时实现了高 ORR 活性与卓越的耐久性。在电化学测试中，其质量活性比商业铂碳（Pt/C）催化剂高出十倍以上，且在 15 万次循环的加速耐久性测试后，仍保留了 96% 以上的初始性能。
在膜电极组件（MEA）测试中，该催化剂超过了美国能源部（DOE）设定的 2025 年性能目标。在高度负载运行条件下，它也保持了比传统催化剂更高的功率输出，凸显了其在氢能电力汽车和固定式燃料电池系统中的应用潜力。（来源：techxplore 翻译：世界铂金投资协会）
