为了降低聚合物电解质膜（PEM）燃料电池的催化剂成本，开发用于氧还原反应（ORR）的高效铂单原子（Pt₁）催化剂是一个亟待解决的问题。

近日，韩国科学技术院EunAe Cho报道了以掺氮活性炭（Black Pearl 2000，NBP）为载体，首次采用水热乙醇还原法制备了Pt负载量约为5 wt%的Pt基电催化剂（Pt₁/NBP）。通过进一步高温热解Pt₁/NBP，研究人员重构了孤立Pt原子的配位结构，以产生独特的氮锚定的Pt单原子（Pt₁@Pt/NBP），其在碳载体上保留了47.8％的孤立Pt原子和分散良好的Pt纳米颗粒。

文章要点

1）电化学测试结果表明， Pt₁@Pt/NBP催化剂在高电势区具有出色的ORR性能和稳定性，以及快速的ORR动力学。作为PEM燃料电池的阴极催化剂，Pt₁@Pt/NBP在0.9 V的电池电压下的质量活性达到133.3 A/g_Pt，是市售Pt/C的8.7倍。

2）物理表征和密度泛函理论（DFT）计算表明，碳载体中掺杂的N杂原子可以有效地促进Pt的原子扩散，而高温热解可重构邻近氮原子的孤立铂原子的配位结构，并产生独特的吡啶二氮锚定的Pt单原子活性位点，从而实现高效的四电子ORR途径。

参考文献

Jing Liu, et al, Reconstructing the Coordination Environment of Platinum Single-Atom Active Sites for Boosting Oxygen Reduction Reaction, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.0c03330

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03330