科技日报记者 赵向南
9月8日，记者从山西大学获悉，该校化学化工学院李亚伟教授研究团队在复杂纳米结构电催化剂稳定性研究方面取得重要进展，相关成果发表于化学领域国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》（简称JACS）。
电化学能源转换技术（如电解槽、燃料电池）是实现碳中和目标的关键手段，但其广泛应用仍受限于贵金属铂（Pt）基催化剂的高成本和结构不稳定性。复杂纳米结构催化剂（NACs）虽具高活性，但在室温电位循环中出现快速粗粒化（ECSA损失达8%-40%），传统热扩散机制无法解释这一现象。针对此问题，李亚伟教授研究团队通过结合原位实验与原子尺度模拟，以掺杂Ir（低表面迁移率）或Au（高还原电位）的纳米多孔NiPt为模型，首次揭示电化学粗粒化由溶解/再沉积（氧化溶解的Pt在还原时局部再沉积）和表面扩散（欠配位原子迁移）双机制协同驱动。同时，研究发现在静态电解质中，Ir掺杂通过钉扎台阶边缘抑制表面扩散，使ECSA损失降低了80%；而Au掺杂通过提高Pt的“贵金属性”，将溶解率减少40%，原位ICP-MS验证了Au使Pt溶解起始电位正移，经10,000次循环测试，静态下掺杂Au的催化剂ECSA保留率＞80%。
该研究成果首次解耦电化学粗粒化的原子机制，为设计高稳定性催化剂提供新思路。同时提出掺杂策略，为电催化纳米结构的形态稳定性提供了原子级设计准则，对下一代能源器件开发具有普适意义。
据介绍，该项研究得到国家自然科学基金委、山西省科技厅等部门的项目支持。李亚伟教授为该论文第一作者，山西大学为该论文第一单位，美国约翰霍普金斯大学、美国德雷克塞尔大学、美国阿贡国家实验室与厦门大学为该论文合作单位。
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