【DFT+实验】Angew.：L10-Pt2CuGa/C助力高性能燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）恶劣的工作环境对Pt基合金催化剂的稳定性提出了巨大挑战。其中，具有显著离域电子分布的金属键的广泛存在通常导致成分偏析和性能快速衰减。

基于此，华中科技大学李箐教授（通讯作者）等人报道了一种L10-Pt2CuGa金属间纳米颗粒作为高性能PEMFC正极催化剂，在Pt-Ga之间具有独特的共价原子相互作用。L10-Pt2CuGa/C催化剂在燃料电池阴极中表现出优异的氧还原反应（ORR）活性和稳定性（0.9 V时的质量活性为0.57 A mgPt-1，H2-O2/空气中的峰值功率密度为2.60/1.24 W cm-2，30000次循环后0.8 A cm-2时仅28 mV电压损失）。

通过DFT计算，作者研究了L10-Pt2CuGa表面的氧吸附能（EO），并与纯Pt(111)表面的氧吸附能进行了比较。合金化和应变效应都有助于增强L10-Pt2CuGa上的ORR活性。在未应变的L10-Pt2CuGa/Pt核-壳板表面，晶格参数与Pt(111)相同，EO比Pt(111)高0.07 eV，表明氧的过度结合得到了缓解。

此外，L10-Pt2CuGa板表面的EO在表面压缩作用下呈线性增加，当双轴应变为2%时，其EO值比Pt(111)板高0.21 eV，表明L10-Pt2CuGa板表面的EO值最优，且应变对ORR活性具有主导作用。L10-Pt2CuGa中Cu的引入导致氧结合减弱，与A1-PtGa相比，L10-Pt2CuGa的ORR活性增强。

作者还计算了L10-Pt2CuGa表面Pt原子的空位形成能（Evac），并与Pt(111)表面的空位形成能进行了比较。Pt的Evac从Pt(111)上的0.98 eV增加到L10-Pt2CuGa NPs上的1.28 eV，表明L10-Pt2CuGa NPs表面Pt原子的结构稳定性和耐溶解性有所提高。

Inducing Covalent Atomic Interaction in Intermetallic Pt Alloy Nanocatalysts for High-Performance Fuel Cells. Angew. Chem. Int. Ed., 2023.