PtCo金属间化合物纳米颗粒（NP）和单原子（SA）Pt金属位点催化剂由于其对氧还原反应（ORR）和其他关键电化学反应的优异催化性能而备受关注。然而，在高温退火过程中，它们在原子水平上的形成机制仍然不清楚。
近日，布鲁克海文国家实验室Dong Su，纽约州立大学布法罗分校武刚教授，匹兹堡大学Guofeng Wang报道了利用原位先进的电子显微镜技术，在原子水平上研究了两种关键的Pt-Co二元催化剂（有序的Pt3Co和单一Pt/Co金属中心）在必要的热活化过程中与负载相关的结构演变。综合研究了这两种具有吸引力的Pt基催化剂的合成、结构和ORR催化性能之间的关系。
文章要点
1）作为理想的碳载体，ZIF-8衍生的碳嵌入了原子分散的CoN4位，可以负载不同负载量的Pt NPs。在较高的Pt负载量（如20%）下，Pt3Co金属间化合物纳米颗粒是通过Co原子从CoN4位点向Pt NPs的迁移和掺入，伴随着PMC和无序-有序转变过程而形成的有序Pt3Co金属间化合物纳米颗粒。初始Co结构（单一Co位点或Co团簇）影响着合成的PtCo NPs的形貌和成分均匀性。
2）相反，对于较低的Pt负载量（例如，<6%），Pt NPs不是合金化，而是趋于分散，并成为由N掺杂和C缺陷稳定的单一Pt位点。其中碳载体的性质对Pt NPs的分散动力学至关重要。此外，原子化温度和时间与沉积的Pt NP的初始尺寸密切相关。一个完整的原子化过程需要更大的Pt NPs、更高的温度和更长的持续时间。
3）研究发现，由于PtC3N部分与周围CoN4中心之间可能存在协同作用，由单一Pt和Co金属位点组成的Pt-Co催化剂表现出比单个Pt和Co位点催化剂更高的ORR活性。然而，在ORR过程中，由于稳定在碳中的单一Pt位点的不稳定，催化剂的表观活性下降。相反，有序的Pt3Co NPs表现出令人鼓舞的性能和增强的稳定性。
这项研究所建立的合成-结构-性能关系有望为设计具有最佳电催化性能的Pt基催化剂的原子结构和组成提供相关指导。
参考文献
Xing Li, et al, Atomic Structure Evolution of Pt–Co Binary Catalysts: Single Metal Sites versus Intermetallic Nanocrystals, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202106371
https://doi.org/10.1002/adma.202106371
