北京大学工学院郭少军团队在燃料电池高性能低铂电催化剂研究方面取得新进展。该工作首先合成含有高指数面的Pt₃Fe多级纳米线，再通过煅烧得到含有两个原子层厚的Pt-skin结构，并评估了该材料在酸性介质中的氧还原和醇氧化催化性能，最后基于DFT理论计算结果证明含有高指数面的Pt-skin表面对反应中间体的吸附能优化，有利于电催化反应的进行。研究成果“Stable High-Index Faceted Pt Skin on Zigzag-Like PtFe Nanowires Enhances Oxygen Reduction Catalysis”近日发表在《先进材料》期刊上（Advanced Materials）上（DOI: 10.1002/adma.201705515）。 

　　设计及合成低Pt用量高催化活性的电催化剂至关重要。提高ORR活性的一个有效策略是将过渡金属（M）与贵金属Pt合金，通过配体和应力效应来调控其近表面组份。研究表明，具有三明治结构的Pt-skin对ORR的催化性能卓越；同时，Pt的高指数晶面也较其它低指数晶面有更高的催化活性。若能结合以上两种结构特征，势必会进一步促进电催化反应的进行。然而，如何实现该结构的合成仍是一个很大的挑战。 

　　为解决这一问题，郭少军团队设计开发了一种新型合成路线，得到了具有Pt-skin结构和高指数晶面的一维纳米线结构。物理表征结果证实，所得锯齿状一维Pt₃Fe纳米线表面形成了约两个原子层厚的Pt-skin结构。电化学实验表明，该催化剂的比质量和面积活性分别达到了4.34 mA cm^-2和2.11 A mg^-1，比商业Pt/C分别高出16.7和13.2倍，且具有极为卓越的电化学稳定性。进一步计算研究发现，这种独特结构所表现的配位和应力效应能够优化氧吸附能，从而大大提高催化活性。作者表示，该工作首次将Pt-skin和高指数面结合，在催化剂活性和稳定性方面有了很大提升，为高性能电催化材料的设计和开发指出了新方向。 

　　图1. Pt-skin Pt₃Fe/C锯齿状纳米线精细结构表征图 

　　图2. 电催化性能评价及DFT计算的氧结合能