低铂族金属（低-PGM）催化剂在降低质子交换膜燃料电池（PEMFCs）成本方面起着至关重要的作用，双原子催化剂因卓越性能提供了有价值的解决方案。 2025年5月29日，西南交通大学张颜博士（2023.09-2024.07于清华大学化学系李亚栋院士组访问学习）以澳洲幸运10技巧
为第一通讯单位在Advanced Materials期刊发表题为“Asymmetric Dual-Atomic Catalyst with Axial Chloride Coordination for Efficient Oxygen Reduction Reaction”的研究论文，西南交通大学张颜/李富华、清华大学李树伟为论文共同第一作者，清华大学张泽栋/张亮、北京理工大学陈文星/仵雅禾为论文共同通讯作者。
该研究得到了四川省科技计划（2025YFHZ0056）和中央高校基本科研业务费专项资金（2682024ZTPY016）的资助以及清华大学化学系李亚栋教授和王定胜教授的支持。
该研究探索了利用轴向氯（Cl）配位的Pt-Co双原子负载于氮掺杂石墨碳（Pt1Co1/NC-Cl）催化剂的应用，能显著提升传统PtCo催化剂的酸性氧还原反应（ORR）催化性能。在0.1 M HClO4溶液中，半波电位（E1/2）达到0.841 V，且在5000次循环后E1/2仅下降12 mV。轴向Cl在电还原反应过程被证明具有抗脱除性。因此，利用杂原子调控的不对称结构可以极大地提升Pt基催化剂的性能。引入非金属元素协同铂族金属，为实现高性能低铂族金属催化剂提供了一条前景广阔的途径。
不对称双原子中心生成了动态的催化反应表面，能够自适应地调节表面电子态的密度。该研究在Pt-Co双原子位点催化剂表面制备了具有轴向Cl配体的不对称配位Pt(Cl)-Co-N6结构，实现了对催化剂酸性ORR活性的自适应调控。
图 1. 催化剂的制备与表征。
图 2. 催化剂电子结构表征。
图 3. ORR性能测试。
图 4. 理论计算。
图 5. 原位XAFS表征。
酸性氧还原反应（ORR）是直接型质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的关键速率决定步骤。当前一个重要研究焦点是精确调控双原子活性中心的结构，以寻找火山图（volcano plots）的峰值。该研究通过调控轴向氯（Cl）配位，成功合成了不对称双原子催化剂。这种微调控不仅通过配位结构调节双原子中心的催化活性，还影响了其轨道和电子结构。具有轴向Cl配位的不对称Pt1Co1/NC─Cl催化剂，半波电位（E1/2）相较于传统双原子催化剂提高了32 mV，并且在5000次催化循环后E1/2仅降低1.4%。密度泛函理论DFT计算表明，在对应于极限电流（limiting current）的电位下，Cl稳定吸附在PtN4结构上，并在催化过程持续影响Pt─CoN4结构。这种轴向Cl策略为未来低铂族金属（Low-PGM）催化剂的研究提供了重要思路。
原文链接：
//doi.org/10.1002/adma.202507478
