开发具有高活性好和高稳定性的铂（Pt）基氧还原反应（ORR）电催化剂是燃料电池广泛实用化的前提。提高催化剂电催化性能的一个有效策略是调节或控制Pt表面的物理化学态。

近日，北京化工大学王峰教授，张正平教授报道了通过形成一层PtBi合金壳层，展示了一种用于纳米软化一类Pt/Pt合金的通用表面工程策略，这使得ORR电催化剂具有更好的初始催化活性和稳定性。

文章要点

1）研究人员首先采用微波辅助乙醇还原法制备了Pt/Fe原子比为1/1的碳负载的固溶体PtFe合金（s-FePt）。s-FePt在900 °C的NH₃气氛中以10 °C min^-1的升温梯度退火60 min后，固溶体转变为化学有序的金属间化合物相。然后将退火样品自然冷却到室温，冷却速率为10 °C min^-1。接下来，FePt（70 mg）在0.1 mol L^-1 HClO₄（30mL）中与0.01 mol L^-1的BiCl₃乙二醇（67 μL）溶液在60 °C搅拌12 h，然后在500 °C的NH₃气氛中退火60 min。最终得到了金属间化合物FePt@PtBi核壳式电催化剂（FePt@PtBi）。

2）具有L1₀-FePt核和PtBi壳层的金属间化合物L1₀-FePt@PtBi（FePt@PtBi）表现出最佳的ORR性能，具有极高的活性（0.96 A mg_Pt^-1）和稳定性（30000次电位循环后活性仅下降18%），轻松超过能源部2020年的目标。

3）研究发现，由于Pt覆盖层中存在大的Bi原子而导致的面内剪切导致表面压缩，缩短了Pt−Pt键。XAFS测量和MD模拟表明，FePt@PtBi的高活性和稳定性可以归因于FePt核层间压缩和PtBi覆盖层的面内剪切的叠加应变效应。此外，Bi的存在还提高了其抗甲醇和CO中毒的能力。

这项工作表明，用PtBi合金壳层包覆Pt/Pt合金颗粒是制备高性能电催化剂的一种通用、低成本的方法，并为未来燃料电池的应用开辟了一条令人振奋的新途径，为合成具有高稳定性和耐受性的新型阴极材料开辟了一条新的途径。

参考文献

Jingyu Guan, et al, Intermetallic FePt@PtBi Core–Shell Nanoparticles for Oxygen Reduction Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202107437

https://doi.org/10.1002/anie.202107437