Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) generalmente se consideran una tecnología de conversión de energía limpia y sostenible para reemplazar los combustibles fósiles cada vez más escasos debido a la alta eficiencia de conversión de energía. alta densidad de energía, y emisión de contaminantes baja o nula. Claramente, el platino (Pt) es un componente clave de los electrocatalizadores de última generación para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en los cátodos con diferencia, que es una media reacción determinante para impulsar el rendimiento de esta tecnología de pila de combustible. Sin embargo, la cinética de reacción lenta de la ORR a menudo requiere una carga relativamente alta de Pt para lograr un rendimiento deseable de la pila de combustible en las aplicaciones prácticas, que está severamente restringido por el alto costo y la escasez de Pt.

Como tal, Los investigadores han realizado enormes esfuerzos para desarrollar activos, estable, y catalizadores económicos basados ​​en Pt hacia ORR durante la última década. La incorporación de Pt con metales menos nobles y / o de bajo costo para formar catalizadores de aleación / núcleo-capa se considera una estrategia prometedora para mejorar sustancialmente las propiedades catalíticas hacia la ORR en las celdas de combustible debido al acoplamiento de electrones y el efecto de deformación entre distintos metales. En comparación con los electrocatalizadores de aleación a base de Pt, Dichos electrocatalizadores de núcleo-capa no solo evitan la lixiviación o disolución del metal que no es Pt para mejorar la estabilidad, pero también hacer un uso completo de cada átomo de Pt y así reducir el costo de los catalizadores.

De acuerdo con el conocido diagrama de volcanes para la actividad de ORR, El Pd es probablemente el mejor material de núcleo para formar electrocatalizadores núcleo-capa basados ​​en Pt debido al acoplamiento de electrones adecuado y al efecto sinérgico entre ellos. Sin embargo, la estabilidad de tales catalizadores de núcleo-capa de Pd @ Pt no puede cumplir con el requisito de comercialización debido a la disolución selectiva de los átomos de Pd de los núcleos durante el ciclo. La adición de elementos estabilizadores (p. Ej., Au) en nanocristales basados ​​en Pt ha demostrado proteger los componentes activos (p. Ej., Pt y Pd) en los catalizadores desde la disolución en el ciclo potencial al aumentar su potencial de disolución, y por lo tanto garantiza una excelente estabilidad a largo plazo. Sin embargo, estos electrocatalizadores núcleo-capa de Au @ Pt sufren una disminución en la actividad de ORR debido a la tensión expansiva inducida en las capas de Pt que surge de la constante de red más grande y el tamaño atómico más grande de Au que de Pt en combinación con el acoplamiento electrónico adverso entre ellos.

Recientemente, El profesor Zhang, del equipo de investigación dirigido por el profesor Deren Yang de la Universidad de Zhejiang, colaboró ​​con el profesor Wu de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y desarrolló un enfoque sencillo para sintetizar nanocatalizadores icosaédricos de AuPd @ Pt que consisten en pieles ultrafinas de Pt. Núcleos de aleación de Au-Pd y capas intermedias de Pd con espesor variable. Se recubrieron epitaxialmente pieles ultrafinas de Pt con dos capas atómicas sobre semillas de Au-Pd icosaédricas preparadas. El control del espesor de las capas intermedias de Pd en un rango de 3 a 12 capas atómicas se realizó ajustando la relación molar de alimentación de los elementos de Au y Pd. El AuPd @ Pd @ Pt icosahedra con capas intermedias de Pd, especialmente los electrocatalizadores Au60Pd40 @ Pt con aproximadamente seis capas atómicas, exhibieron actividades y durabilidades notablemente mejoradas hacia la ORR en un ambiente ácido en comparación con los icosaedros comerciales de Pt / C y Au75Pd25 @ Pt sin capas intermedias de Pd. Las nanoestructuras de núcleo-capa-capa-capa de tres capas con formas icosaédricas optimizan aún más la estructura electrónica de los átomos de metales nobles para la catálisis ORR y maximizan la utilización de Pt sobre la base de otros nanocatalizadores de núcleo-capa. Este trabajo arrojó luz sobre las funciones clave de las capas intermedias de Pd en los catalizadores ORR de Au-Pd-Pt de núcleo-capa de alto rendimiento y proporciona una nueva estrategia para el diseño de electrocatalizadores. lo que asegura una alta actividad y durabilidad simultáneamente.