鉑和鈷等過渡金屬合金化構成的觸媒已作爲燃料電池觸媒投入實際使用，儘管這種觸媒的活性比單一鉑更高，但在耐久性方面存在問題。日本東北大學研究生院環境科學研究科的和田山智正教授和研究生千田祥大等人組成的研究團隊，着眼於兼顧活性和耐久性的物質，將5種元素混合構成的高熵合金（High Entropy Alloy，HEA）與鉑製成鉑-高熵合金（Pt-HEA），建立了控制催化反應時合金頂面結構和組成元素分佈的模式觸媒，並證實了Pt-HEA表面兼具高活性和耐久性。該研究成果已發表在《Nature Communications》上。
圖1. Pt-HEA/Pt(111)表面的横向截面顯微影像和各組成元素分佈。（供圖：Nature Communications）
研究團隊利用電弧電漿沉積物法建立了在原子水平上控制Pt-HEA表面附近的組成元素分佈和頂面原子結構的模式觸媒表面，調查了表面微觀結構對ORR（Oxygen Ruduction Reaction，氧還原反應）特性（活性、耐久性）的影響，並構建了HEA電極觸媒實驗研究平台，以闡明ORR特性提升的機制。
研究人員使用該平台探討了Pt-HEA（Cr、Mn、Fe、Co、Ni）的Pt單晶表面原子排列（111、110、100）的表面微觀結構與ORR特性之間的關係。實驗表明，Pt-HEA合金比傳統的Pt-Co合金能表現出更好的ORR特性。在111排列中，儘管具有相似的表面活性，但經過加速劣化試驗後，HEA合金的活性較Co合金高出30％以上。此外，在110和100排列中，初期ORR活性顯着高於Co合金，即使在劣化後也具有高出2～3倍的活性。
上述結果表明，增加合金化元素數量和高熵化是提高Pt合金觸媒活性和耐久性的有效方法。
本研究是在NEDO（日本新能源產業技術綜合開發機構）和科學研究補助金的支援下實施的。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Communications
論文：Experimental study platform for electrocatalysis of atomic-level
controlled high entropy alloy surfaces
DOI：doi.org/10.1038/s41467-023-40246-5
