在質子交換膜燃料電池（PEMFC）中，PT是氧還原反應（ORR）活性最高的材料。 然而，鉑儲量稀缺且昂貴，減少材料中鉑的含量是減少其使用的最直接策略，但這通常伴隨著活性位點或團聚數量的減少。 Pt與其他後過渡金屬的合金化增加了Pt的活性並降低了P的利用率，但這些摻雜原子的快速溶解往往會引起穩定性問題。 同時，儘管ORR活性增強，但各位點的轉化頻率越高，維持穩定性的壓力就越大，導致PT原子快速溶解。
此外，PT的D波段（D）中心的高位置使它們與含氧中間體（*OOH、*O和*OH）結合得太強，導致表面毒性和緩慢的動力學過程。 因此，開發高效、耐用、經濟的ORR催化劑對PEMFC的實際應用具有重要意義。
最近朱成洲，華中師範大學跟名古屋大學 Yusuke Yamuchi等合成了一種碳負載的PT奈米顆粒-MN單原子催化劑（PTNP-MNSA C），其中PT負載量為4Wt%。 實驗結果和理論研究表明，MNSA和PT位點協同吸附和活化O2，並促進O-O鍵的強電子極化裂解。 另一方面，PTNP與mnSA修飾載流子之間的電子效應使Pt位點的D帶中心向下移動，促進了含氧中間體的解吸過程。
重要的是，PTNP-mnsa C具有低H2O2生成、高結構穩定性、低解離能和FENTON樣反應活性，所有這些都有助於提高PTNP-mnsa C反應的耐久性。
效能測試結果表明，PTNP-mnSA C催化劑在酸性介質中表現出良好的ORR效能，半波電位（E1 2）為093 vrhe，在 09 VRHE 下的質量活動為 177 A mgPT 1，是市售 PT C 的 19 倍; 此外，其活性衰減在 80,000 次迴圈後可以忽略不計。 此外，研究人員在膜電極元件陰極（MEA）中加入PTNP-MNSA C來測試燃料電池的效能，結果表明PTNP-MNSA C在287 A C2 的功率密度達到 1214 mW C2，優於商用 PT C （832 mW C2,2.）。25 a cm−2)。
綜上所述，本工作為打破電催化中的尺度關係和避免固有的權衡提供了一種有前途的策略，並為設計能夠提高能效和降低成本的催化劑提供了指導。
pt nanoparticle–mn single-atom pairs for enhanced oxygen reduction. acs nano, 2024. doi: 10.1021/acsnano.3c09819