武汉理工大学刘勇教授团队Nature 子刊：单颗粒原子尺度梯度应变工程助力高性能燃料电池

背景方面，质子交换膜燃料电池阴极的氧还原反应动力学缓慢，严重依赖高活性的Pt基催化剂。传统均匀晶格应变虽能调控Pt电子结构，但受限于萨巴蒂尔权衡，难以同时优化对多种含氧中间体的吸附与脱附性能，且核壳结构存在壳层不均与应变弛豫问题。研究目的是为突破这一局限，武汉理工大学刘勇教授团队提出单颗粒原子层级梯度应变工程策略。结论上，团队通过一步溶剂热法成功构筑了Pd@Pt核壳四面体，在3-4层Pt外壳中实现了从边缘-8%至面心-2%的连续压缩应变梯度。该设计使高应变区促进O₂活化，中等应变区弱化OH吸附，并通过低势垒迁移形成协同网络。实验表明，该催化剂在旋转圆盘电极测试中质量活性达2.19 A mgPt⁻¹，膜电极峰值功率密度达2.10 W cm⁻²（H₂-O₂），且循环稳定性优异。这一工作为低铂燃料电池及其他多步能源电催化反应提供了通用设计思路。