北大夏定国JACS：首次报道！PIFCC-HEI助力燃料电池

第一作者：Guang Feng和Fanghua Ning

通讯作者：夏定国教授

通讯单位：北京大学

DOI: 10.1021/jacs.3c00868

开发高效的燃料电池催化剂对可再生能源转化和实现碳中和具有重要意义。其中，多组分高熵合金催化剂引起广泛关注，但已报道的高熵合金催化剂基本为无序固溶合金。结构有序的高熵金属间纳米催化剂理化性质更优异，但是由于其合成需要高的煅烧温度以克服从无序到有序转变的能垒而未见报道。基于此，北京大学夏定国教授团队首次报道了具有超高活性面的结构有序PtIrFeCoCu高熵金属间纳米颗粒（PIFCC-HEI NPs），该催化剂同时对ORR反应和H₂/O₂燃料电池展现出优异的催化性能。

1、作为ORR电催化剂，PIFCC-HEI/C在电压为0.85 V时达到了7.14 A mg_{noble metals}^-1的超高质量活性，并且在60000次电位循环中展现出优异的耐久性。

2、以PIFCC-HEI/C作为正极的燃料电池在1.0 bar的背压下可以提供1.73 W cm⁻²的超高峰值功率密度，并且运行80 h后几乎没有工作电压衰减，是已报道燃料电池中性能最好。的

3、密度泛函理论（DFT）计算结合实验结果表明，PIFCC-HEI/C在ORR和燃料电池中的优越性能归功于超高活性的(001)面。

图1.结构有序PIFCC-HEI NPs的形态、结构和组成表征

图2. PIFCC-HEI NPs的原子结构和电子结构表征

图3. PIFCC-HEI/C电催化ORR性能

图4. PIFCC-HEI/C在PEMFCs中的实际性能

图5. PIFCC-HEIs对ORR的作用机理