文献分享 | Angew. | 2026 | 电催化 · 催化机理 · 能源器件领域分类：电催化 · 催化机理 · 能源器件
文章主线：本文围绕Pt基氧还原催化中电子效应、应变效应和集合效应难以区分的问题，构建PtRe、Pt与PtAu纳米线模型平台，并将RDE、MEA、原位SEIRAS和DFT计算连接起来，讨论电子富集Pt表面对ORR活性和耐久性的影响。
湖南大学和南京大学团队在本文中以Pt基纳米线为模型催化剂，通过少量Re或Au掺杂分别构建电子富集和电子缺陷Pt表面，同时保持相近的纳米线直径、晶面、配位环境和ECSA，用于比较电子结构变化对酸性ORR及PEMFC膜电极性能的影响。
01｜文章信息卡
论文主题：利用结构相近的Pt基纳米线模型平台，分离并讨论电子结构对氧还原反应活性、吸附中间体和燃料电池性能的影响。
材料/体系：PtRe NWs、Pt NWs与PtAu NWs；Re被设计为给电子掺杂元素，Au被设计为吸电子掺杂元素。
反应或应用场景：酸性氧还原反应和质子交换膜燃料电池阴极催化剂。
核心方法：HAADF-STEM、XRD、EXAFS、XPS、XANES、价带谱、Bader电荷分析、RDE、MEA、原位SEIRAS和DFT自由能计算。
主要结果：活性顺序在RDE和MEA中均为PtRe NWs > Pt NWs > PtAu NWs；PtRe在RDE中比活性为1.90 mA cm-2，在MEA中0.9 V质量活性为0.68 A mgPt-1。
作者结论：原文认为Re向Pt给电子形成电子富集Pt表面，可降低氧中间体吸附能并促进ORR；Au引发相反的电子调控，使中间体转化受限。
02｜研究内容与技术路线
原文首先指出，传统Pt合金体系中电子效应、晶格应变和集合效应通常同时变化，因此不同研究对“电子富集Pt”或“电子缺陷Pt”是否更有利于ORR存在不一致结论。为减少这些变量的耦合，作者选择一维Pt纳米线作为模型平台。
在材料设计上，作者合成PtRe NWs、Pt NWs和PtAu NWs。三类纳米线直径约1.3 nm，均主要暴露{111}相关表面，并具有相近Pt-Pt键长、Pt-Pt配位数和ECSA。Re与Au的原子比例均约为2 at.%，用于改变Pt表面电荷而尽量不改变几何结构。
随后，文章用XPS、Pt L3-edge XANES、价带谱和Bader电荷分析确认电子结构变化：PtRe中Re向Pt转移电子，PtAu中Pt向Au转移电子。性能部分依次比较RDE半电池、H2-O2与H2-air MEA测试，并用原位SEIRAS和DFT计算解释*OOH等含氧中间体的吸附与转化。
03｜关键结果与图谱证据
原文Fig. 1用于建立“模型平台”的前提。图中先对比传统合金中电子、应变与集合效应耦合的问题，再展示PtRe、Pt和PtAu纳米线在形貌、晶面、XRD/EXAFS信号和ECSA方面的相近性。作者据此说明，该平台可用于相对独立地考察表面电子结构。
PtRe、Pt和PtAu纳米线的结构与组成表征；三者具有相近直径、{111}表面、Pt-Pt配位环境和ECSA。
图例：PtRe、Pt和PtAu纳米线的结构与组成表征；三者具有相近直径、{111}表面、Pt-Pt配位环境和ECSA。
原文Fig. 2集中分析电子结构。Pt 4f XPS中，PtRe相对Pt发生低结合能位移，PtAu则向高结合能位移；Pt L3-edge白线强度、价带谱与Bader电荷分析进一步支持Re给电子、Au吸电子的解释。
XPS、XANES、价带谱和Bader电荷分析显示，PtRe形成电子富集Pt表面，PtAu形成电子缺陷Pt表面。
图例：XPS、XANES、价带谱和Bader电荷分析显示，PtRe形成电子富集Pt表面，PtAu形成电子缺陷Pt表面。
原文Fig. 3比较三类纳米线催化剂的ORR活性和MEA表现。在O2饱和0.1 M HClO4中，PtRe NWs表现出更正的半波电位和更小Tafel斜率；质量活性和比活性顺序为PtRe NWs高于Pt NWs和PtAu NWs。MEA中，PtRe在H2-O2和H2-air条件下同样表现最高。
RDE与MEA测试给出一致活性顺序：PtRe NWs > Pt NWs > PtAu NWs。
图例：RDE与MEA测试给出一致活性顺序：PtRe NWs > Pt NWs > PtAu NWs。
原文Fig. 4把电子结构与吸附能、中间体和理论活性联系起来。DFT结果显示，给电子掺杂使Pt表面电荷增加并调节d带中心，PtRe(111)的ORR过电位低于Pt(111)和PtAu(111)。原位SEIRAS中，PtAu表面*OOH峰面积更大且低电位下消耗较慢，作者将其解释为中间体转化受限。
DFT与原位SEIRAS共同讨论电子富集Pt对氧中间体吸附和*OOH转化的影响。
图例：DFT与原位SEIRAS共同讨论电子富集Pt对氧中间体吸附和*OOH转化的影响。
原文Fig. 5转向PtRe NWs/C的稳定性。RDE加速老化后，PtRe极化曲线位移很小；MEA 30K方波循环后，PtRe保持约88.2%的初始质量活性，在0.8 A cm-2下电压损失为12 mV。形貌、元素分布、原位XANES和空位形成能计算被用来解释Re掺杂对Pt溶解和氧化的抑制。
PtRe NWs/C在RDE与MEA中表现出较好的ORR耐久性，并保持纳米线形貌和Pt/Re分布。
图例：PtRe NWs/C在RDE与MEA中表现出较好的ORR耐久性，并保持纳米线形貌和Pt/Re分布。
04｜机制解释与作者结论
结合结构控制结果，原文的机制解释建立在两个层面。第一，PtRe、Pt和PtAu纳米线在几何结构上高度接近，因此三者活性差异主要被作者归因于Pt表面电子状态，而不是明显的晶格应变或集合效应变化。
第二，电子富集Pt表面会改变含氧中间体吸附。DFT计算显示，PtRe可削弱O*结合并降低ORR路径中过电位；原位SEIRAS显示PtRe表面*OOH累积更少且在低电位下更易转化，而PtAu更容易出现*OOH滞留。
在稳定性方面，文章认为Re掺杂同时提高Pt氧化电位并抑制Pt溶解。PtRe在RDE和MEA加速测试后表现出较小质量活性衰减与较低电压损失。作者最终提出，电子富集Pt有利于提升Pt基ORR催化剂的活性，并可为其他电催化剂设计提供模型化依据。
05｜原文信息与声明
论文标题：Decoupling Electronic Effects in Oxygen Reduction Catalysts via a Model Nanowire Platform
期刊年份：Angewandte Chemie International Edition, 2026；发表日期： 2026-06-13
DOI：https://doi.org/10.1002/anie.7341900
作者：Xiaorui Li, Haolan Tao, Lei Gao, Xiaoshuang Qi, Jingwei Yu, Cheng Lian, Xuli Chen, Hongwen Huang
领域分类：电催化 · 催化机理 · 能源器件
声明：本文为学术文献分享，不提供论文全文，也不替代原文阅读。
