直接甲醇燃料电池(direct methanol fuelcell, DMFC)作为一种绿色无污染能量转换设备无可厚非成为了当今的研究热点。贵金属Pt是催化DMFC使其将化学能顺利转化为电能的最佳选择，但贵金属Pt存在地壳含量低、价格昂贵、反应动力学差以及易中毒等缺陷，不能大范围应用于工业生产，而引入过渡金属元素形成Pt基双元材料(Pt-M, M=Ni, Co, Fe等)能够大大改善上述问题。

在众多Pt基纳米催化剂中，小尺寸纳米颗粒具有较高的比表面积，可以提供更多的活性位点来增强催化活性，而一维纳米线由于其长度优势，在催化反应中具有良好的结构稳定性。结合两者的结构和性能优点，作者设计出了一种具有一维链状结构的Pt-Ni合金纳米颗粒(chain-like Pt-Ni nanoparticles, Pt-Ni CNPs)，以平衡由于尺寸效应引起的催化活性与催化稳定性之间的矛盾(纳米催化剂的尺寸越小，活性越高，而稳定性越差；反之亦然)。

本工作采用简便的一步溶剂热法直接合成具有富Pt表面的Pt-Ni CNPs，高分辨透射电子显微镜结果表明该纳米结构具有巧妙且独特的微观形貌——由平均尺寸约为10纳米的纳米颗粒和直径约为3纳米、长度为几百纳米的纳米线组装而成(如图1所示)。

图1(a) Pt-Ni CNPs的TEM图像，插图是纳米颗粒的直径分布统计图；(b) 高分辨率下单根Pt-Ni CNPs的TEM图像；(d)和(e)分别为(c) Pt-Ni CNPs中Pt和Ni的元素分布。

将该纳米结构应用于DMFC催化甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction, MOR)时，制备得到的Pt-Ni CNPs能够巧妙结合纳米颗粒高比表面积和一维纳米线高结构稳定性的优势，显著增强在酸性环境中的催化活性和稳定性。在催化MOR时，Pt-Ni CNPs的比活性和质量活性分别为3.86 mA·cm^-2 和 2.06 A·mg_Pt^-1，分别是商业Pt/C催化剂 (0.51 mA·cm^-2和0.36 A·mg_Pt^-1) 的7.6倍和5.7倍(如图2（a）所示)。从图2（b）中可以看出，Pt-Ni CNPs的起始电位明显低于商业Pt/C，表明在催化MOR时，Pt-Ni CNPs具有更高的能量转换效率和更强的动力学行为。此外，经过1000次循环伏安法测试后，Pt-Ni CNPs仍保留91.2％的活性，而商业Pt/C的活性仅剩余初始值的4.4％(如图2（c）所示)。该纳米结构获得优异催化活性和催化稳定性不仅得益于同时具备了纳米颗粒和纳米线的优势，还因为纳米颗粒由纳米线串联衔接，将会更加有利于电子的传递和转移，同时还能够在很大程度上改善磁性纳米颗粒团聚的现象。

图2 Pt-Ni CNPs和商业Pt/C催化剂在催化MOR时的(a)质量活性和比活性; (b) LSV曲线，插图是电流密度达到0.3 A·mg_Pt^-1所需提供的电位值; (c) 1000圈循环前后比活性对比。

Pt-Ni一维纳米结构能够为同时获得高催化活性和高稳定性的Pt基纳米催化剂提供新的制备策略，这一发现将会有效促进直接甲醇燃料电池的进一步开发和大规模工业应用。

郭海中，男，1977年生，郑州大学物理学院教授，博士生导师，校特聘教授，河南省教育厅高校创新团队带头人。1996—2000年，中国科学技术大学物理系本科；2000—2005年，中国科学院物理研究所硕-博研究生；2005年7月—2009年4月，分别在美国阿拉巴马大学、路易斯安妮州立大学等大学做博士后和研究助理；2009年5月—2017年2月在中科院物理所工作，任副研究员、博士生导师；2017年2月至今，在郑州大学物理学院工作。研究方向：多功能氧化物低维结构材料的制备、物性调控及应用；低维结构材料的催化。发表SCI论文100多篇，被SCI他引2200余次，h指数27。授权国家发明专利10余项。2010年获得《饶毓泰基础光学奖》优秀奖。

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