燃料電池能夠將化學能直接轉化為電能，具有效率高、環境友好等優點。氧還原反應(ORR)作為燃料電池中的陰極反應，是一個動力學緩慢的多電子、多步反應，在燃料電池的實際應用中起著至關重要的作用。Pt基催化劑一直作為催化ORR的有效的催化劑，但其稀缺性和高昂的價格限制了它的大規模使用。近年來，Pd基納米材料由于具有與Pt相似的電子結構，相當的性能以及對甲醇和CO的更高耐受性，已經成為ORR中Pt基電催化劑的替代品之一。因此，目前急需合理設計和開發具有顯著增強的ORR性能的高效Pd基電催化劑，以進一步推動Pd基催化劑在ORR中的大規模應用。
近日，廈門大學黃小青和華中科技大學楊利明等報道了一個通過引入磷(P)來制備非晶態Pd基納米材料的一般策略。通過這種方法，研究人員成功地獲得了多種含有一到五種不同金屬元素的非晶態結構的Pd基多金屬納米材料。與相應的晶態Pd基納米粒子相比，非晶態Pd基納米粒子具有更高的氧還原反應(ORR)活性和耐久性。具體而言，與Pd NPs (0.134 A mgPd-1和28.4%)相比，一元P-Pd NPs的ORR質量活性增強3.59倍(0.481 A mgPd-1)和活性衰減程度減小(15.9%)。
當進一步延伸金屬組分時，由于非晶態結構和多金屬組分效應，五元P-PdCuNiInSn納米粒子的質量活性高達1.04 A mgPd-1，活性衰減可忽略不計(1.8%)，遠優于晶態PdCuNiInSn納米粒子(0.596 A mgPd-1和14.4%)和Pd納米粒子。
此外，理論計算表明，P誘導的非晶化和金屬組分的膨脹都會降低RDS中的ΔGmax，并且這兩種效應的協同作用使RDS中的ΔGmax降低，導致催化活性顯著提高。綜上，該項工作展示了制備具有大幅度提高ORR性能的非晶納米材料的一般策略，為設計高效的燃料電池反應催化劑提供了指導。
Amorphization activated multimetallic Pd alloys for boosting oxygen reduction catalysis. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04045
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