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氮掺杂碳(M-N-C)上的金属单原子已经成为质子交换膜燃料电池(PEMFC)有效的氧还原反应(ORR)催化剂，因为它们具有极大地减少铂族金属(PGM)催化剂的使用。然而，大多数已报道的M-N-C电催化剂难以催化多电子过程中产生的复杂中间体(特别是在酸性ORR中)。具体而言，对于4e
−
ORR过程，分离的金属位点通常面临着难以吸附还原后的中间体的问题，导致难以进一步将其还原为H
2
O。
基于此，
中国科学技术大学吴宇恩
和
周煌
等开发了一种气体促进脱合金化工艺，直接构建了一个由单个Ni位包围的紧密堆积的Pt-Ni NC(Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C)，在这两种类型的位点之间可以实现有效的电子转移，以实现优越的ORR性能。
所制备的Pt-Ni NC由于热脱合金效应和NH
3
腐蚀而具有稳定的富Pt表面，其中大量的Ni原子从初始的Pt-Ni合金中迁移出来并被邻近的氮缺陷位点捕获。通过与未经处理的样品相比，Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C催化剂在酸性介质中具有更高的ORR性能，其质量活性(MA)/比活性(SA)为4.1 A mg
Pt
-1
/4.6 mA cm
-2
，是商业Pt/C的15/7倍，超过了许多贵金属催化剂。更重要的是，在实际燃料电池试验中，Pt负载量只有Pt/C一半的Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C催化剂表现出更高的活性和耐久性。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C催化剂上Ni-N-C位点和PtNi位点之间的多位点协同作用有效地激活了氧分子，有利于进一步的还原过程；紧密排列的杂化体能够保证关键中间体OOH*从Ni位点连续迁移到邻近的Pt上，促进中继反应以提高催化性能。此外，Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C催化剂在费米能级附近具有丰富的电子态，这意味着其具有更强的电荷转移能力；Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C还具有更低的d带中心，这也意味着中间体在Pt
1.5
Ni
1-x
/Ni-N-C上的吸附更强，这也促进了ORR反应的进行。
综上，在这项工作中研究人员将PtNi纳米晶体和致密的分离Ni位点集成在N-C上，构建了一个紧密排列的杂化体，用于有效的中继催化，这大大提高了膜电极组体(MEA)的活性和稳定性，同时保持了低铂负载，这为设计更多的具有优异催化性能的低Pt电催化剂提供了策略。
A Closely Packed Pt
1.5
Ni
1−x
/Ni–N–C Hybrid for Relay Catalysis towards Oxygen Reduction. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/d2ee02381d
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