近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授課題組發(fā)展了一種小分子輔助的浸漬法，實現(xiàn)了碳載小尺寸鉑基金屬間化合物（Pt-IMC）燃料電池催化劑的普適性制備，所制得的催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的低鉑燃料電池性能。該研究成果以“Small molecule-assisted synthesis of carbon supported platinum intermetallic fuel cell catalysts”為題，發(fā)表在國際期刊Nature Communications上。

原子有序排列的Pt-IMC催化劑在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）陰極氧還原反應(yīng)（ORR）中有著相對于傳統(tǒng)無序固溶體合金更高的活性和穩(wěn)定性。而Pt-IMC催化劑的合成通常需要高溫退火來克服原子遷移有序化的能壘，造成顆粒燒結(jié)，Pt利用率降低。因此，開發(fā)顆粒尺寸小且高度有序的Pt-IMC催化劑的合成方法成為提升PEMFC性能并降低成本的關(guān)鍵。去年10月份，梁海偉課題組及合作者發(fā)展了高溫硫錨定的方法，實現(xiàn)了Pt-IMC催化劑的普適性合成（Science 2021, 374, 459-464）。近日，該課題組在此領(lǐng)域中取得了新的進展：采用小分子輔助浸漬法，直接使用商業(yè)炭黑載體，實現(xiàn)了克級Pt-IMC燃料電池催化劑的合成，向該類催化劑的實用化邁出重要一步。

在該項工作中，研究人員發(fā)展了一種小分子輔助合成小尺寸Pt-IMC催化劑的策略，將含雜原子（O、N、S）官能團的小分子作為浸漬過程中的添加劑，相比于直接浸漬法，具有明顯的抑制顆粒燒結(jié)的效果。特別地，使用含巰基的小分子如巰基乙酸鈉時，經(jīng)過700℃退火，X射線衍射測試結(jié)果表明，合成的PtCo顆粒的平均粒徑僅為2.5 nm，遠小于不加小分子的14.9 nm的顆粒尺寸（圖1）。此外，含有O和N雜原子的小分子添加劑也有一定抑制催化劑高溫?zé)Y(jié)的效果。