碳载Pt基电催化材料已被广泛用于燃料电池的阴极还原和阳极氧化反应，但其稳定性差、成本高且反应动力学缓慢等限制了其商业化应用。因此，急需开发一种高效且耐用的自支撑Pt基电催化材料。通过将Pt与非贵金属合金化以减少Pt的用量，调控晶格应力和电子结构，可以获得优异的氧还原反应催化活性。此外，金属空位缺陷和压缩应力也可以显著提升电催化性能，如氧还原反应、析氧反应和析氢反应催化活性等。缺陷不仅可以表现出独特的电子特性，而且可与金属原子等活性物种形成新的协同配位结构以获得最佳的催化性能。

近日，内蒙古大学王勤教授（点击查看介绍）团队提出了通过电化学刻蚀组装富含金属空位缺陷的高效电催化材料的合成策略，合成了具有超细尺寸、自支撑结构和富含铜空位缺陷的超稳态三维PtCu纳米线。该材料具有优异的氧还原反应催化性能，其质量活性是商用Pt/C催化剂的14.1倍，是美国能源部2020年发展目标的7.2倍，也是目前报道的性能最优的自支撑贵金属催化材料。

图1. 催化剂表面缺陷表征

图2. 电催化性能表征

密度泛函理论计算结果表明，Cu空位的存在可有效弱化Pt原子对O*中间体的吸附，同时增强Pt原子对HO*中间体的吸附。该研究为在电化学活化过程中活性位点的调控以及金属空位缺陷、晶格应力的研究提供了重要的研究思路。

图3. 反应动力学研究

相关研究近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者为内蒙古大学硕士生郭念坤和青年教师薛辉博士，通讯作者为王勤教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Achieve Superior Electrocatalytic Performance by Surface Copper Vacancy Defects during Electrochemical Etching Process

Niankun Guo, Hui Xue, Amurisana Bao, Zihong Wang, Jing Sun, Tianshan Song, Xin Ge, Wei Zhang, Keke Huang, Feng He, Qin Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202002394

导师介绍

王勤

https://www.x-mol.com/groups/wangqin