北京大学工学院郭少军教授课题组与合作者在新型多金属纳米晶氧气电催化剂研究中取得重要进展。相关研究成果以“多金属纳米晶氧气电催化剂的设计合成与性能调控”为题，发表在国际顶级学术期刊《自然·通讯》上。
氧气电催化反应是燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心过程，其缓慢的动力学严重制约了器件性能。开发高效、稳定、低成本的氧气电催化剂是促进新能源技术发展的关键。郭少军课题组长期致力于多金属纳米晶的精准合成与电催化性能研究，针对传统催化剂活性位点单一、稳定性不足等问题，提出了多金属协同调控的新策略。
研究中，团队通过湿化学法成功合成了一系列具有可控组分和形貌的多金属纳米晶催化剂，包括三元PtPdM（M = Ni, Co, Fe）合金纳米片和四元PtPdCuNi纳米笼等。通过系统调节金属组分的比例和原子排布，实现了对催化剂电子结构和表面应力的精细调控，从而优化了氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的中间体吸附能。实验结果表明，优化后的催化剂在碱性介质中表现出优异的ORR活性，半波电位高达0.92 V（vs. RHE），远超商业Pt/C催化剂；在OER中也展现出较低的过电位（10 mA cm⁻²下仅需280 mV）。
为进一步揭示催化机理，团队与国内外合作者利用原位X射线吸收谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）计算，证实了多金属组分间的电子转移和协同作用能够降低反应能垒，加速电荷传输。催化剂在长时间运行中表现出卓越的耐久性，这归因于其独特的纳米结构有效抑制了金属原子的溶解和团聚。
该研究不仅为设计高性能多金属电催化剂提供了新思路，也为理解复杂多金属体系中的构效关系提供了重要参考。郭少军教授表示，未来团队将继续探索多金属纳米晶的规模化制备及其在能源器件中的应用，推动清洁能源技术的实际落地。
论文第一作者为工学院博士后张华，通讯作者为郭少军教授。合作者包括美国阿贡国家实验室、清华大学等机构的研究人员。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。
