王自昱/郭海中AM：混合维PtNi合金多面体纳米链作为直接甲醇燃料电池的双功能电催化剂

直接甲醇燃料电池是目前公认的最有发展前景的清洁能源技术。然而，阳极甲醇氧化反应和阴极氧还原反应动力学缓慢，反应动力学不均衡和缺乏高效的双功能催化剂以降低其过电位，促进催化反应。虽然Pt纳米催化剂因其吸附/脱附能适中而被广泛应用于阳极甲醇氧化反应和阴极氧还原反应，但其依赖于尺寸的活性与稳定性之间存在不平衡关系。

武汉大学王自昱和郑州大学郭海中等人制备了具有纳米多面体-纳米线-纳米多面体结构的有序组装的混合维Pt-Ni合金多面体纳米链（Pt-Ni PNC）作为直接甲醇燃料电池的双功能电催化剂，有效地缓解了尺寸效应。

Pt-Ni PNC催化剂的阳极甲醇氧化反应的质量活性和比活性分别是商业Pt/C的7.23倍和6.55倍。原位傅里叶变换红外光谱和CO测试表明Pt-Ni PNC具有良好的稳定性并且可以抗CO中毒。

在阴极氧还原反应中，Pt-Ni PNC的半波电位比具有其它形貌的Pt-Ni催化剂和商业Pt/C的半波电位都要高，并且可以很好地保持10,000个循环，活性衰减可以忽略不计，半波电位在测试后仅下降了19 mV。

本文所设计的纳米结构可以缓解零维小尺寸Pt-Ni合金纳米晶的团聚和溶解问题，丰富一维链状纳米结构的活性面。

通过混合维调制得到的Pt-Ni PNC的优异性能的主要原因为：

（1）结构优势。有序的纳米多面体-纳米线-纳米多面体结构同时具有零维纳米多面体和一维纳米线。Pt-Ni PNC的结构能够缓解小尺寸零维纳米多面体引起的团聚和溶解问题，并提供了比光滑的一维纳米线更多的活性表面和活性位点。与普通的一维链状纳米结构相比，这种新型的混合维界面具有更丰富的角缺陷和原子阶梯位点，以及最优的{111}面。

（2）Ni调制Pt，主要包括两个方面：一是原子水平上的压应变和成分偏析的发生，二是Ni对Pt电子结构的调制。Pt和Ni的配体效应能有效降低d带中心位置，调节Pt的配位环境。本研究提供了一种改进Pt基纳米催化剂催化性能的策略，即通过构建混合维度的新型界面关系来缓解尺寸效应造成的催化活性与催化稳定性之间的不平衡。

Mixed-Dimensional Pt-Ni Alloy Polyhedral Nanochains As Bifunctional Electrocatalysts for Direct Methanol Fuel Cell, Adv. Mater., 2022, DOI：10.1002/adma.202206508.

https://doi.org/10.1002/adma.202206508.