氢燃料电池作为关键的可再生能源技术，以其高能量转换效率和低碳排放而受到越来越多的关注。然而，阴极的氧还原反应(ORR)动力学缓慢，在质子交换膜或酸性燃料电池(PEMFCs)中，功率密度>1 W/cm²时，通常需要大量昂贵的Pt (>0.2 g/kW)。因此，开发无Pt的ORR催化剂对于PEMFCs的实现至关重要。碱性燃料电池的出现使在ORR中使用Pd和其他非Pt电催化剂成为可能。在碱性介质中，钯是唯一可与铂相比具有ORR活性的过渡金属。此外，用低成本的3d-过渡金属合金化Pd是调整Pd的晶格参数和电子结构以提高其ORR活性的有效策略。ORR电催化活性取决于粒子组成、大小、形态、表面和晶体结构，尽管人们对Pd基电催化剂进行了广泛的研究，但在碱性介质中ORR的电催化机理仍不明确。因此，一个系统的高通量组合方法，具有良好的控制形貌和结构，将特别有利于评估基于Pd的候选催化剂。近日，康奈尔大学Héctor D. Abruña和R. Bruce van Dover等人对由磁控溅射制备的，具有明确的组成和结构的Pd-Cu薄膜电极进行了系统的研究，快速地评估了Pd-Cu二元合金的ORR活性。这代表了一种简便的催化剂筛选方法，使用可替换的玻碳圆盘电极，这使得使用标准旋转圆盘电极(RDE)测量能够快速可靠地评估ORR活性。在9种Pd-Cu合金中，其中Pd₅₀Cu₅₀催化剂的ORR催化性能最为优异，可被用作纳米颗粒的合成靶点。在1M KOH中，以碳为载体的PdCu纳米粒子的质量比和表面比活性分别达到了Pd/C催化剂的3倍和2.5倍。而且，PdCu/C还表现出了极其出色的耐久性，在2万和10万次电位循环后，半波电位仅出现了3和13 mV的负移。该工作中提出的用于指导纳米颗粒合成的组合方法，为其它二元或三元合金作为燃料电池电催化剂提供了一种优化的高通量筛选方法。

Yao Yang; Guanyu Chen; Rui Zeng; Andrés Molina Villarino; Francis J. DiSalvo; R. Bruce van Dover; Héctor D. Abruña. Combinatorial Studies of Palladium-based Oxygen Reduction Electrocatalysts for Alkaline Fuel Cells. Journal of the American Chemical Society, 2020.

DOI: 10.1021/jacs.9b13400

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13400