新刊推荐 | Catal 论文 | 铂基金属间化合物用于氧还原催化：从二元到高熵

研究性论文 

近期来自哈尔滨工业大学的研究团队在 Catal 发表题为“Platinum-based intermetallics for oxygen reduction catalysis: From binary to high-entropy”的综述论文，系统总结了铂基金属间化合物在燃料电池氧还原反应（ORR）中的最新研究进展。 

研究背景

ORR是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键半反应，但因其动力学过程缓慢而成为制约燃料电池发展的主要矛盾。传统Pt基合金催化剂面临金属溶解和耐久性不足等挑战。相比之下，具有长程有序结构的金属间化合物通过调控电子结构和增强稳定性，为提升催化性能提供了新途径。 

关键要点 

• 金属间化合物优势：与无序合金相比，金属间化合物具有长程有序的晶体结构和明确的化学计量比，能通过几何效应与配体效应优化Pt的电子结构，削弱氧中间体的过强吸附以提升其本征活性。同时，更强的Pt-M键和更高的形成能可有效抑制过渡金属浸出和颗粒烧结，从而大幅增强稳定性。 

• 二元金属间化合物体系：传统高温退火促进有序化相变的过程易使纳米颗粒烧结而破坏形貌，通过利于强金属-载体相互作用和低温有序化合成策略可以克服这一难题。此外，构建核壳结构和调控材料各向异性结构等也能有效提升催化剂的活性与耐久性。 

• 三元金属间化合物体系：通过引入具有原子尺寸差异的第三金属元素能诱发晶格应变，进一步优化Pt的d带中心和对反应中间体的吸附能。同时，部分第三元素能通过强p-d轨道杂化增强共价性，从而强化原子键合并提高催化剂抗溶解性。此外，还可以通过引入部分低熔点金属促进原子扩散，显著降低有序化转变温度，从而合成具有高有序度的小尺寸纳米晶。 

• 高熵金属间化合物体系：高熵金属间化合物将组分扩展到五种及以上元素，结合了长程有序结构和高构型熵的双重优势，能通过多元素协同效应精确调控电子结构，并可产生多个活性位点。其独特的迟滞扩散效应和熵稳定效应赋予了材料极高的结构稳定性，将金属间化合物的潜力开发到了新的高峰。 

• 性能总结：从二元、三元到高熵体系，Pt基金属间化合物的质量活性和比活性均显著超越商业Pt/C，且在经历数万次加速耐久性测试后的活性衰减程度均远低于传统催化剂，这有力证明了结构有序化与组分多元化是同时突破活性与稳定性瓶颈的有效策略。 

• 未来展望：未来的研究重点在于开发精细可控、可规模化的合成方法；结合先进表征深入揭示工作状态下活性位点的动态演变和构效关系；借助机器学习辅助设计和优化体系；聚焦高熵设计与熵介导催化机理；关注实际膜电极乃至工业级中的集成验证，这是推动其走向工业化生产、商业化应用的关键方向。 

研究意义 

该综述系统阐述了铂基金属间化合物从二元到高熵体系的演变历程，揭示了其通过结构有序化与组分多元化来精确调控电子结构和强化原子键合的普适性策略，分析了该领域目前的热点问题，为未来新型高效催化剂的设计指明了方向。 

论文信息 

• 第一作者：李长霖 

• 通讯作者：李蒙刚，于永生 

• 通讯单位：哈尔滨工业大学化工与化学学院 

• 论文题目：Platinum-based intermetallics for oxygen reduction catalysis: From binary to high-entropy 

期刊介绍

新刊介绍：

Catal是Springer旗下一本专注于催化方向的开放获取新刊。这本期刊旨在发表具有独创意义的重要工作。期刊将以催化应用为导向，促进基础研究学者和工业工程师之间具有包容性的沟通，更加有效地发布有关创新技术和实际应用的重要研究成果。 

关于Catal

• 目标影响因子20 

• 优先考虑关键催化应用方向的研究工作 

• 关注青年研究人员 

• 提供文章出版费用（APC）豁免 

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