碳負(fù)載金屬間化合物納米顆粒具有高活性和穩(wěn)定性，是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）氧還原反應(yīng)的正極催化劑。然而，金屬間催化劑的合成存在較大的原子有序擴(kuò)散勢(shì)壘，導(dǎo)致有序度低，性能受限。

基于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授等人報(bào)道了一種低熔點(diǎn)金屬摻雜策略，并合成高度有序的L1₀-型M-摻雜PtCo（M=Ga、Pb、Sb、Cu）金屬間催化劑。所制備的高有序Ga摻雜PtCo催化劑（Ga-PtCo IMCs）在H₂-O₂燃料電池中具有1.07 A mg_Pt^?1的高質(zhì)量活性，在H₂-空氣燃料電池中具有1.05 W cm^?2的額定功率密度，Pt負(fù)載量為0.075 mg_Pt cm^?2。

通過DFT計(jì)算，作者研究了高有序Ga_0.1-PtCo IMCs催化劑增強(qiáng)的ORR活性。用于計(jì)算的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)完全有序的L1₀ Ga-PtCo或A1 PtCo底層固定，三個(gè)頂部松弛的Pt層組成的板，分別表示為L1₀ Ga-PtCo@Pt和A1 PtCo@Pt。不同于L1₀ Ga-PtCo@Pt和Pt，A1 PtCo@Pt的晶格常數(shù)來源于T_c上方隨機(jī)PtCo的高溫結(jié)構(gòu)。因此，A1 PtCo@Pt的晶格常數(shù)通過從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬。

DFT計(jì)算表明，三種催化劑的勢(shì)能決定步驟（PDS）都是由OO*形成OOH*的步驟，L1₀ Ga-PtCo@Pt、A1 PtCo@Pt和Pt的勢(shì)壘分別為0.88、0.97和1.06 eV。考慮到催化劑的三層Pt殼層，應(yīng)變效應(yīng)而非配體效應(yīng)是導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)和ORR活性變化的主要原因。作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)晶格應(yīng)變、d-帶中心和ORR勢(shì)能之間存在明顯的相關(guān)性：L1₀ Ga-PtCo@Pt的d-帶中心最低，壓縮應(yīng)變最大，因此ORR活性最高。

Promoting ordering degree of intermetallic fuel cell catalysts by low-melting-point metal doping. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41590-2.