質子交換膜燃料電池 （PEMFC） 被廣泛認為是向可持續能源過渡的可行選擇，並在氫經濟計畫中發揮著關鍵作用。 儘管近幾十年來PEMFC陰極氧還原反應（ORR）催化劑的研究取得了重大進展，但開發具有優異活性和良好耐久性的催化劑仍是一大挑戰。 PT-M（M=過渡金屬元素）合金表現出比PT C更好的ORR活性，但大多數PT-M合金催化劑在PEMFC惡劣的工作條件下，由於金屬浸出而發生明顯的結構退化，導致穩定性不足。
以往對金屬合金腐蝕的研究表明，在合金中引入V、CR、NB等一些價元素可以有效提高PT-M的耐腐蝕性。 原則上，這些價金屬具有較弱的電子親和力和較強的電離傾向，可以作為接收或提供電子的緩衝器，從而促進金屬合金中的電子傳輸，有助於均勻分布電子密度並減少區域性電荷不平衡和極化。 受這一現象的啟發，在PT-M合金ORR電催化劑中引入電子緩衝器有望有效減少PT殼層在酸性環境中高電位工作時的表面氧化和極化。
基於此，李靜，華中科技大學課題組引入電子緩衝器（可變價金屬元素，即M=Ti、V、Cr和Nb），以增強金屬間PT合金ORR催化劑的結構穩定性。 其中，L10-Cr-PTFE C具有最佳的ORR活性和穩定性。 在 054~0.在90 VRHE電壓範圍內，原位X射線吸收光譜（XAS）測試結果表明，與L10-PTFE相比，CR的引入可以有效地起到電子緩衝的作用，通過降低價態和減弱拉伸應變來抑制PT殼的表面極化，從而穩定催化劑的結構，防止PT Fe的溶解。
在質子交換膜燃料電池（PEMFC）中，總陰極PT負載為0075 和 0125 mgpt cm-2（負極負載為 0.）025 mgPT cm-2），L10-Cr-PTFE C的初始質量活度（mA）分別為1。41 和 102 a mgpt-1 (0.90 V），額定功率為 140 和 92 w mgpt-1。此外，經過 60,000 次 ADT 迴圈後，L10-Cr-PTFE C 的 MA 保留率為 71%，功率密度等級為 79 w mgpt-1 (0.99 W cm-2），以及 08 A cm-2 時的潛在損耗僅為 20 mV，是文獻中報道的效能最好的 PT 基合金陰極之一。
密度泛函理論（DFT）計算結果表明，CR的引入優化了PT的D波段中心和表面應變，從而提高了ORR活性。 CR的引入增加了PT殼層的電子富集度，改善了PT分離和Fe擴散的動力學勢壘，從而提高了ORR的長期穩定性。 因此，本研究提出的策略有望促進惡劣電化學環境下耐久催化劑的發展，並可擴充套件到其他電化學能量轉換技術應用。
introducing electron buffers into intermetallic pt alloys against surface polarization for high-performing fuel cells. journal of the american chemical society, 2024. doi: 10.1021/jacs.3c10681