应变调控钯基纳米立方体吸附位点修饰及其在燃料电池中的催化性能优化

本文系统研究了通过引入Ru、Rh等核心元素诱导应变，调控Pd基纳米立方体(100)晶面吸附能，优化氧还原反应(ORR)催化性能的创新策略。研究结合密度泛函理论(DFT)计算与应变/电荷分析，揭示了晶格畸变与电子结构对O/OH等中间体吸附的关键影响，为设计高性能质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

应变驱动的Pd基纳米立方体吸附位点修饰：本研究发现核心元素诱导的晶格应变可显著改变(100)晶面表面重构行为。当核心元素（如Ru/Rh/Ir等）与Pd的晶格常数差异超过临界值时，原始(100)晶面会转变为(100)/(111)混合晶面，这种结构转变直接影响了氧中间体的吸附强度。

Results and Discussion

应变与表面重构的协同效应

通过密度泛函理论(DFT)计算发现，Pd₃Ni核虽然与Pd晶格匹配，但仍会触发(100)/(111)混合晶面形成。这种表面重构导致氧吸附能降低0.12eV，证实了应变工程对催化活性位点微环境调控的重要性。

电子结构调控机制

d带中心理论分析显示，拉伸应变使Pd-Pd键长增加，导致d轨道重叠减少，d带中心上移2.3%。这种电子结构变化使OH*吸附能降低至理想火山图顶点附近，ORR活性提升达3倍。

Conclusion

本研究通过建立"核心元素-晶格应变-电子结构-催化活性"的构效关系，为设计新一代燃料电池催化剂提供了重要指导。特别是发现Au/Ir核引发的适度拉伸应变可使OOH*吸附能达到最优值，这为开发替代铂(Pt)的高效Pd基催化剂开辟了新途径。