弄明白Pt位点对于活化O-O化学键以及Pt位点受到OH*位点阻碍作用是理解低Pt催化剂ORR本征活性和稳定性的关键。

有鉴于此，郑州大学张佳楠教授等在单原子Fe-N-C载体修饰PtFe合金纳米晶构筑PtFe@Fe_SAS-N-C催化剂，并且构筑了铁磁平台用于研究调节Pt的d轨道自旋占据态对于ORR催化反应的作用。

本文要点

在0.9 V，PtFe@Fe_SAS-N-C催化剂达到0.75 A mgPt^-1的质量活性，燃料电池的功率密度达到1240 mW cm^-2，这个性能超过市售Pt/C催化剂，而且在220 h工作之后的质量活性仍保持97 %，在0.6 V的电流得到保持，电流没有明显降低。

原位光谱表征结果说明活性位点和反应中间体之间的轨道相互作用，Pt dz²轨道占据态能够通过自旋电荷调控，形成t_2g⁶e_g³电子结构，从而能够突破OH*对位点的阻碍作用，抑制生成H₂O₂。这项工作有助于基于自旋电子设计高性能低Pt含量ORR催化剂。

参考文献

Xue, D., Yuan, Y., Yu, Y. et al. Spin occupancy regulation of the Pt d-orbital for a robust low-Pt catalyst towards oxygen reduction. Nat Commun 15, 5990 (2024).

DOI: 10.1038/s41467-024-50332-x

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50332-x