铂和钴等过渡金属合金化构成的催化剂已作为燃料电池催化剂投入实际使用，尽管这种催化剂的活性比单一铂更高，但在耐久性方面存在问题。日本东北大学研究生院环境科学研究科的和田山智正教授和研究生千田祥大等人组成的研究团队，着眼于兼顾活性和耐久性的物质，将5种元素混合构成的高熵合金（High Entropy Alloy，HEA）与铂制成铂-高熵合金（Pt-HEA），创建了控制催化反应时合金顶面结构和组成元素分布的模型催化剂，并证实了Pt-HEA表面兼具高活性和耐久性。该研究成果已发表在《Nature Communications》上。
图1. Pt-HEA/Pt(111)表面的横截面显微图像和各组成元素分布。（供图：Nature Communications）
研究团队利用电弧等离子体沉积法创建了在原子水平上控制Pt-HEA表面附近的组成元素分布和顶面原子结构的模型催化剂表面，调查了表面微观结构对ORR（Oxygen Ruduction Reaction，氧还原反应）特性（活性、耐久性）的影响，并构建了HEA电极催化剂实验研究平台，以阐明ORR特性提升的机制。
研究人员使用该平台探讨了Pt-HEA（Cr、Mn、Fe、Co、Ni）的Pt单晶表面原子排列（111、110、100）的表面微观结构与ORR特性之间的关系。实验表明，Pt-HEA合金比传统的Pt-Co合金能表现出更好的ORR特性。在111排列中，尽管具有相似的表面活性，但经过加速劣化试验后，HEA合金的活性较Co合金高出30％以上。此外，在110和100排列中，初期ORR活性显着高于Co合金，即使在劣化后也具有高出2～3倍的活性。
上述结果表明，增加合金化元素数量和高熵化是提高Pt合金催化剂活性和耐久性的有效方法。
本研究是在NEDO（日本新能源产业技术综合开发机构）和科学研究补助金的支持下实施的。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communications
论文：Experimental study platform for electrocatalysis of atomic-level
controlled high entropy alloy surfaces
DOI：doi.org/10.1038/s41467-023-40246-5
