商用质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的寿命受到商用催化剂耐久性不足的限制。使用金属氧化物载体代替碳显着提高了电催化剂的耐久性。

有鉴于此，加州大学Plamen Atanassov教授和圣路易斯华盛顿大学Vijay K. Ramani等人，根据密度泛函理论预测，铂(Pt)在掺锑氧化锡(ATO)载体上的稳定性得到了改善，利用Pt锚定技术合成了ATO，其形貌和晶体结构经过了工程设计。

本文要点

1）采用气凝胶合成路线合成Sb-SnO₂载体，目的是在载体表面生成Pt锚定位点(以下简称Pt-气凝胶-ATO)。该方法可以显著提高Pt/锑掺杂氧化锡(ATO)催化剂的活性和稳定性。使用电化学、显微和光谱技术的组合研究了 Pt-气凝胶-ATO 载体。X 射线光电子能谱表明 Pt 锚定位点有助于将 ATO 表面上的 Pt 前体还原为 Pt。 X 射线吸收近边光谱揭示了 Pt 和 ATO 之间存在强金属-载体相互作用（SMSI）。 发现 Pt 锚定方法可以改善 Pt 分散，而 Pt 和 ATO 之间的 SMSI 导致活性提高。

2）SMSI 和对 Pt 分散的高度控制的结合使 Pt/Pt-气凝胶-ATO（在气凝胶ATO上带有Pt锚定位点的Pt载体）电催化剂实现了 Pt/C 面积比活性的 2 倍。在 H₂/空气 PEMFC 中，与 Pt/C 相比，Pt/Pt-气凝胶-ATO 阴极的峰值功率密度提高了 20%，活性表面积的损失小于 1/6。

3）在严格电位循环的PEMFC中，Pt/Pt-气凝胶-ATO 保留了其初始峰值功率密度，而 Pt/C 损失了 58%。此外，成本模型表明 Pt/Pt-气凝胶-ATO 在其使用寿命内比 Pt/C 便宜 26%。

参考文献：

Cheng He et al. Self-Anchored Platinum-Decorated Antimony-Doped-Tin Oxide as a Durable Oxygen Reduction Electrocatalyst. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.1c00963

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c00963