具有高功率密度和零排放等優(yōu)點(diǎn)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)可以直接、快速、方便的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有巨大應(yīng)用前景。然而，PEMFC陰極上的氧還原反應(yīng)(ORR)比陽極上的氫氧化反應(yīng)慢6個(gè)數(shù)量級(jí)，嚴(yán)重阻礙了PEMFC的實(shí)際應(yīng)用。目前，人們采用大量的Pt基催化劑來改善緩慢的ORR動(dòng)力學(xué)，以提高燃料電池的整體效率。但是Pt高昂的價(jià)格和稀缺性限制了其大規(guī)模應(yīng)用，這進(jìn)一步阻礙了PEMFC技術(shù)的發(fā)展。因此，開發(fā)具有提高反應(yīng)活性、低Pt含量的陰極催化劑已成為ORR研究的重要組成部分。

根據(jù)先前的報(bào)道，具有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)的金屬間化合物可以為Pt表面提供均勻和可控的應(yīng)變效應(yīng)?；诖耍?strong>中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳長(zhǎng)征課題組根據(jù)PtGa金屬間化合物(PtGa合金、Pt₃Ga(Pmm)與Pt₃Ga(P4/mmm))獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，通過對(duì)Pt表面的壓縮應(yīng)變調(diào)節(jié)來提高氧還原反應(yīng)(ORR)的催化性能。

隨著應(yīng)變環(huán)境的變化，類似的PtGa核的晶格失配，但對(duì)稱性不同，PtGa合金和Pt₃Ga(Pmm)上的Pt表明與Pt₃Ga(P4/mmm)相比實(shí)現(xiàn)了0.58%和2.7%的壓縮應(yīng)變。

XAFS和理論結(jié)果表明，PtGa金屬間化合物的壓縮晶格使Pt背側(cè)電子云更密集，加速了ORR中O*中間體的解吸過程。當(dāng)Pt位點(diǎn)的應(yīng)力環(huán)境在不同的對(duì)稱性下進(jìn)行調(diào)整時(shí)，隨著壓縮應(yīng)力的增加，ORR反應(yīng)的整體過電位從0.75 V降低到0.56 V。

其中，具有高對(duì)稱性的Pt₃Ga(Pmm)材料顯示最優(yōu)的質(zhì)量活性和比活性(2.18 mg_Pt^?1和5.36 mA cm^?2)，超過商業(yè)Pt/C催化劑一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)該催化劑在酸性環(huán)境中也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。綜上，該項(xiàng)工作不僅提出了一種利用材料對(duì)稱性精確調(diào)節(jié)Pt表面應(yīng)力來增強(qiáng)ORR活性的有效策略，而且為探索催化活性與Pt可壓縮性之間的關(guān)系提供了一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)。

Symmetry-induced regulation of Pt strain derived from Pt₃Ga intermetallic for boosting oxygen reduction reaction. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202307661