電催化是可持續(xù)能源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，因此了解催化劑的工作原理對(duì)于提高其性能十分重要。使用鉑（Pt）作為燃料電池中氧還原反應(yīng)（ORR）的催化劑，部分挑戰(zhàn)在于反應(yīng)速度太慢，而且效率不夠高。一個(gè)富有前景的解決方案是調(diào)整催化劑表面以提高其活性。

（圖片來(lái)源：日本東北大學(xué)）

日本東北大學(xué)（Tohoku University）先進(jìn)材料研究所（WPI-AIMR）的專人助理教授Di Zhang表示：“我們可以通過(guò)調(diào)整鉑的表面結(jié)構(gòu)來(lái)提高性能，幫助其更有效地進(jìn)行反應(yīng)。”這種表面調(diào)整稱為表面應(yīng)變，發(fā)生在材料表面的原子排列被壓縮或膨脹時(shí)。一個(gè)例子是Pt-Ni系統(tǒng)，其中鉑與鎳配對(duì)以提高性能。

Zhang表示，雖然研究表明Pt-Ni表現(xiàn)良好，“但許多研究尚未充分探究材料中的哪些部分在反應(yīng)過(guò)程中真正起作用。而且，這些模型都未考慮到pH值如何影響反應(yīng)，而這是實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵因素。”

據(jù)外媒報(bào)道，為了解決這一問(wèn)題，Zhang及一國(guó)際團(tuán)隊(duì)研究人員創(chuàng)建了新模型，將電化學(xué)反應(yīng)的真實(shí)條件考慮在內(nèi)。該模型被用于設(shè)計(jì)具有核殼結(jié)構(gòu)的新型Pt-Ni催化劑，稱為Pt1Ni1@Pt/C。

結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)鉑催化劑相比，新催化劑的活性明顯提升。WPI-AIMR助理教授Hao Li表示：“我們發(fā)現(xiàn)Pt1Ni1@Pt/C的質(zhì)量活性為1.424±0.019 A/mgPt，比活性為1.554±0.027 mA/cmPt2。”

這種新型催化劑被證明非常耐用，即使經(jīng)過(guò)70000次循環(huán)，仍能保持98.4%的活性。此外，研究人員還通過(guò)特殊方法將微小的Pt-Ni納米顆粒（約2.6 nm）錨定在碳基質(zhì)上，從而形成鍵合以防止顆粒移動(dòng)或聚集在一起。

然后，他們?cè)赑t-Ni核心周圍創(chuàng)建富含Pt的外殼，通過(guò)施加壓縮應(yīng)變幫助提高催化劑吸附氧的能力，從而使反應(yīng)更有效。這種核殼設(shè)計(jì)（以及改進(jìn)的表面應(yīng)變）有助于提高催化劑卓越的性能和耐用性。

研究人員Li表示：“這項(xiàng)研究表明，通過(guò)結(jié)合新模型、創(chuàng)新材料設(shè)計(jì)和先進(jìn)合成技術(shù)，Pt-Ni催化劑可以變得更加高效和穩(wěn)定，可以用于能源技術(shù)。”最終，這項(xiàng)研究將為開發(fā)更持久的催化劑打開大門，從而在未來(lái)的可再生能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。