發(fā)展高效氧還原電催化劑對于提高燃料電池和鋰空氣電池的能量密度十分關(guān)鍵。鉑是目前最好的催化氧氣還原反應(yīng)的金屬，但是鉑在自然界較低的儲量極大地限制了燃料電池的商品化。理論計算表明，PtM（M=Fe，Co，Ni）薄膜對于氧還原的本征活性遵循：高指數(shù)破面>（111）面>（100）面。因此，設(shè)計具有高指數(shù)面化的PtM結(jié)構(gòu)材料對于提升氧氣還原反應(yīng)的本征活性十分必要。但是目前一個大的挑戰(zhàn)性問題是：傳統(tǒng)的材料高指數(shù)面只能穩(wěn)定在比較大的納米結(jié)構(gòu)上，使得材料由于其低的表面積和催化活性中心對于氧還原催化的質(zhì)量活性較低。
 

近日，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍研究員課題組和蘇州大學(xué)黃小青教授合作，在課題組近期工作：利用膠體化學(xué)路線制備高指數(shù)面化PtNi納米線提高氧還原催化活性基礎(chǔ)上【Adv. Mater. 2015, 27, 7204-7212 （IF=18.90）】，設(shè)計了一個新的調(diào)控方法制備了類似于Zigzag結(jié)構(gòu)的高比表面積CoPt納米線，其表面具有比PtNi納米線更高密度的高指數(shù)面。氧還原催化數(shù)據(jù)評估結(jié)果表明，制備的Zigzag CoPt納米線對于氧還原催化的質(zhì)量活性在0.9V vs. RHE達(dá)到了接近4A/mg，幾乎十倍于美國能源部2018年目標(biāo)。理論計算表明，在CoPt納米線表面集成了高密度的高指數(shù)面的坡面是獲得高催化活性的主要因素之一。該工作對于未來設(shè)計高效的異相催化劑提供了新的思路，相應(yīng)結(jié)果發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications 2016, doi:10.1038/ncomms11850。

另外，在該項工作基礎(chǔ)上，科研人員最近通過一個兩步合成的策略，利用單分散Pt納米線作為種子，通過在體系里引入過量的銅前驅(qū)體，制備了新型螺絲形狀的CuPt雙金屬納米線。由于該納米線表面具有高指數(shù)面，其相比于商品化的C/Pt催化劑對于液體燃料小分子（甲醇和乙醇）展現(xiàn)了增強(qiáng)的催化活性。該CuPt納米線對于甲醇和乙醇電氧化的質(zhì)量活性相比于商品化C/Pt催化劑可以實(shí)現(xiàn)6.9和4.8倍的提升。相應(yīng)結(jié)果發(fā)表于國際著名期刊Nano Letters2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01825（IF=13.592）。
 

郭少軍研究員于2015年9月加入工學(xué)院材料工程與科學(xué)系及能源與資源工程系，在入職不到一年時間內(nèi)，其在能源、材料和工程領(lǐng)域國際著名期刊以通訊作者身份共發(fā)表30余篇一區(qū)論文，其中影響因子大于10的論文有15篇，包括Nat. Commun.1篇；Adv. Mater.5篇；Chem. Soc. Rev.1篇；Angew. Chem.2篇；Nano Lett.2篇等。