来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
铂 (Pt) 已广泛用作可持续能源转换系统的电催化剂。Pt 的活性受其电子结构（通常是 d 带中心）控制，它敏感地取决于晶格应变。这种依赖性可用于催化剂设计，并且核壳结构和弹性基材的使用导致应变工程 Pt 催化剂具有显著提高的电催化性能。然而，详细绘制 Pt 催化转化中的应变 - 活性相关性（这可能涉及许多不同的过程）并确定特定反应的最佳应变修饰具有挑战性。
2021年10月6日，西安交通大学金明尚、美国加州大学河滨分校殷亚东及上海交通大学邬剑波（西安交通大学为第一单位）共同通讯在Nature在线发表题为“Mastering the surface strain of platinum catalysts for efficient electrocatalysis”的研究论文，该研究表明，当超薄 Pt 壳沉积在钯基纳米立方体上时，纳米立方体通过磷化和脱磷的膨胀和收缩会在 Pt(100) 晶格中引起应变，该应变可以从 -5.1 % 调整到 5.9 %。
该研究使用这种应变控制在很宽的范围内调整 Pt 壳的电催化活性，发现甲醇氧化反应和析氢反应的应变-活性相关性分别遵循 M 形曲线和火山形曲线。该研究预计可用于筛选晶格应变，从而优化 Pt 催化剂的性能——以及潜在的其他金属催化剂——用于广泛的反应。
最后，Sylvain Brimaud在Nature发表题为“Platinum catalysts strained controllably by size-changing nanocubes”的评述文章，系统总结了该研究成果。
被称为电催化转换器的设备，例如水电解槽和氢燃料电池，充当化学能和电能的接口。这些技术开始被用于开发氢作为间歇性可再生能源产生的能量的存储介质：例如，太阳能可用于水电解以产生氢；氢可用于燃料电池，为电动汽车提供动力。铂通常用作这些设备中发生的电化学反应的催化剂。反应发生在金属表面，因此使用纳米级铂颗粒来优化这种昂贵且稀缺元素的表面质量比。
然而，需要改进颗粒的催化活性和电化学反应产生所需反应产物的选择性，以提高装置的效率，从而减少铂的使用量。金明尚等团队报告了一种方法，该方法能够系统地调整沉积在立方纳米粒子表面的金属薄膜中铂原子之间的距离。这使得可以针对选定的电催化反应研究原子间距离与薄膜催化活性之间的关系。
过渡金属（例如铂）的表面原子的电子特性会影响化学物质吸附到这些原子上的强度。这反过来又会影响吸附的化学物质的后续反应速率。因此，可以调整金属原子的电子特性以改变由这些元素催化的电化学反应的速率，并且可以按照一组理论原理和近似值，通过计算预测对反应速率的影响。
铂表面催化位点中原子之间的电子相互作用可以通过改变原子间距离（应变效应）或用不同化学元素的原子替换相邻原子（电子效应）来改变。原则上，这两种效应都会以可预测和可量化的方式改变吸附在催化位点上的化学物质的结合强度。但是在实验中很难控制和测量这些影响。
理论框架和相关近似的最直接的实验验证是通过模型表面系统获得的，其中铂原子层在超高真空条件下在另一种金属的单晶上生长，因此铂原子采用晶格 衬底（外延生长）。由于铂原子采用衬底晶格的原子间距离，而不是原子的首选原子间距离，因此铂薄膜受到应变——压缩应变或拉伸应变，取决于两种金属的正常晶格之间的失配。基底对铂膜吸附特性的电子效应在三个原子层之外消失，因此对于较厚的膜，仅应变效应保留。
该研究表明，当超薄 Pt 壳沉积在钯基纳米立方体上时，纳米立方体通过磷化和脱磷的膨胀和收缩会在 Pt(100) 晶格中引起应变，该应变可以从 -5.1 % 调整到 5.9 %。
该研究使用这种应变控制在很宽的范围内调整 Pt 壳的电催化活性，发现甲醇氧化反应和析氢反应的应变-活性相关性分别遵循 M 形曲线和火山形曲线。该研究预计可用于筛选晶格应变，从而优化 Pt 催化剂的性能——以及潜在的其他金属催化剂——用于广泛的反应。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03870-z
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