南科大朱潇锋教授/中科大程位任教授：应力调控PtCoNi中熵合金的d-d杂化用于高性能质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFC）因高效、环保等优势在氢能领域前景广阔，但阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢和高成本铂催化剂的使用限制了其商业化。本研究针对此问题，提出基于PtCoNi中熵合金的应变调控策略。研究背景是传统PtM合金活性与稳定性不足，而中熵合金能提供可调控电子结构与局域应变。研究目的为通过设计PtCoNi中熵合金催化剂，利用Co/Ni在Pt晶格中的随机分布产生晶格压缩和各向异性应变场，调控Pt 5d轨道与Co/Ni 3d轨道的d-d杂化，优化含氧中间体吸附，从而提升ORR性能。研究结论表明，制备的PtCoNi/C催化剂Pt含量仅1.63 wt.%，在酸性介质中半波电位达0.92 VRHE，质量活性为商业Pt/C的16倍，经20000圈耐久性测试后活性保持率高。在膜电极组件中，氢氧条件下峰值功率密度达1.96 W cm-2，循环后仅下降9.18%。DFT计算证实，晶格压缩与d-d杂化使Pt 5d中心下移，削弱对中间体的过强吸附，显著增强ORR活性与稳定性。该工作为低Pt、高活性和高耐久性PEMFC催化剂设计提供了新思路。