锰掺杂钯@铂核壳结构纳米线催化剂的多级活性位点构建及其氧还原性能增强机制

本文报道了一种Pd@PtMn核壳纳米线催化剂，通过Mn掺杂诱导晶格收缩（lattice contraction）和电子结构优化，显著提升了碱性环境下氧还原反应（ORR）的活性和稳定性。该催化剂展现出0.9 V vs. RHE的半波电位（E1/2），质量活性达商用Pt/C的2.5倍，且30k次循环后仍保持72%电化学活性面积（ECSA）。研究揭示了Pd核稳定化、Mn应变效应与d带中心调控（d-band center）的协同机制，为燃料电池高性能催化剂设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究开发的Pd@PtMn核壳纳米线催化剂，通过低电负性Mn掺杂实现三重调控：①Pd核向Pt壳的电子转移降低d带中心（d-band center）；②Mn诱导的晶格压缩应变优化氧中间体吸附能；③协同效应使ORR反应能垒显著降低。

Results and discussion

透射电镜（HAADF-STEM）和X射线衍射（XRD）证实了核壳结构的成功构建（图S1）。X射线光电子能谱（XPS）显示Pd向Pt的电子转移使d带中心下移0.3 eV，而Mn的掺入进一步产生"电子稀释"效应。Pd₁₇@Pt₈₀Mn₃ NWs在0.1 M KOH中表现出0.9 V vs. RHE的E_1/2，质量活性（2.5 A/mg_Pt）比Pt/C高150%。密度态（DOS）分析揭示Mn拓宽了Pt的d带宽度，促进*OOH中间体解吸。

Conclusion

与传统核壳催化剂相比，Mn掺杂的Pd@PtMn NWs通过"应变-电子"双调控创造了多级活性位点：①压缩应变改变Pt-Pt键距；②电子重分布降低氧物种吸附强度；③Pd核抑制Mn溶出。该设计为开发高稳定、低成本燃料电池催化剂提供了新范式。