在质子交换膜燃料电池中，Pt合金催化剂用于氧还原反应（ORRs）的应用受到碱金属浸出的严重阻碍，产生的金属离子会通过取代H+和诱导Fenton反应导致Nafion膜的降解。由于阴离子腐蚀产物的相对无害性，使用非金属元素掺杂Pt可以显著缓解此类问题。
近日，厦门大学孙世刚院士，田娜教授，安徽师范大学盛天报道了一种磷掺杂策略，以极大地提高Pt的ORR性能。
文章要点
1）通过一种无表面活性剂的方法将P引入商用Pt/C（PNS-Pt/C）的近表面。高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和X射线光电子能谱(XPS)测试表明，P掺杂引起了Pt晶格的畸变和d带中心的下移。以吸附CO为分子探针的原位电化学傅里叶变换红外光谱（FTIR）进一步揭示了P掺杂可以降低吸附能。
2）实验结果显示，PNS-Pt/C催化剂的ORR质量活性高达1.00 mA μgPt−1@0.90 V，比原来的Pt/C催化剂提高了7倍。同时，耐久性也得到了提高。在10000次循环后，PNS-Pt/C的ORR质量活性的仅损失14%，而Pt/C损失了51%。更重要的是，采用低Pt负载量（0.15 mg cm−2）的PNS-Pt/C阴极的H2−空气燃料电池在电流密度为2.0 A cm−2时的功率密度为1.06 W cm−2。在0.60 V（实际工作电位）下的电流密度为1.54 A cm−2，是商用Pt/C的2倍。
3）密度泛函理论（DFT）计算表明，近表面P掺杂会引起Pt表面的畸变，表面凹陷的Pt位对ORR具有最佳的OH结合能。此外，这种P掺杂策略也适用于PtNi合金催化剂，以进一步提高ORR性能。
参考文献
Bang-An Lu, et al, Structurally Disordered Phosphorus-Doped Pt as a Highly Active Electrocatalyst for an Oxygen Reduction Reaction, ACS Catal. 2021
DOI：10.1021/acscatal.0c03137
https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03137
