在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，PT是氧还原反应（ORR）活性最高的材料。 然而，铂储量稀缺且昂贵，减少材料中铂的含量是减少其使用的最直接策略，但这通常伴随着活性位点或团聚数量的减少。 Pt与其他后过渡金属的合金化增加了Pt的活性并降低了P的利用率，但这些掺杂原子的快速溶解往往会引起稳定性问题。 同时，尽管ORR活性增强，但各位点的转化频率越高，维持稳定性的压力就越大，导致PT原子快速溶解。
此外，PT的D波段（D）中心的高位置使它们与含氧中间体（*OOH、*O和*OH）结合得太强，导致表面毒性和缓慢的动力学过程。 因此，开发高效、耐用、经济的ORR催化剂对PEMFC的实际应用具有重要意义。
最近朱成洲，华中师范大学跟名古屋大学 Yusuke Yamuchi等合成了一种碳负载的PT纳米颗粒-MN单原子催化剂（PTNP-MNSA C），其中PT负载量为4Wt%。 实验结果和理论研究表明，MNSA和PT位点协同吸附和活化O2，并促进O-O键的强电子极化裂解。 另一方面，PTNP与mnSA修饰载流子之间的电子效应使Pt位点的D带中心向下移动，促进了含氧中间体的解吸过程。
重要的是，PTNP-mnsa C具有低H2O2生成、高结构稳定性、低解离能和FENTON样反应活性，所有这些都有助于提高PTNP-mnsa C反应的耐久性。
性能测试结果表明，PTNP-mnSA C催化剂在酸性介质中表现出良好的ORR性能，半波电位（E1 2）为093 vrhe，在 09 VRHE 下的质量活动为 177 A mgPT 1，是市售 PT C 的 19 倍; 此外，其活性衰减在 80,000 次循环后可以忽略不计。 此外，研究人员在膜电极组件阴极（MEA）中加入PTNP-MNSA C来测试燃料电池的性能，结果表明PTNP-MNSA C在287 A C2 的功率密度达到 1214 mW C2，优于商用 PT C （832 mW C2,2.）。25 a cm−2)。
综上所述，本工作为打破电催化中的尺度关系和避免固有的权衡提供了一种有前途的策略，并为设计能够提高能效和降低成本的催化剂提供了指导。
pt nanoparticle–mn single-atom pairs for enhanced oxygen reduction. acs nano, 2024. doi: 10.1021/acsnano.3c09819