以磷（P）掺杂的L10-PtFeGa（P-L10-PtFeGa0.1/C）为例，掺杂的P将电子转移到了Pt上，从而改变了Pt的电子结构，削弱了Pt与含氧中间体的吸附强度。经过优化的P-L10-PtFeGa0.1/C催化剂具有非常好的活性和稳定性，其在半电池中的质量活性（MA）是商用Pt/C催化剂的13倍。经过100,000次加速电位老化测试后，MA仅衰减28%。将P-L10-PtFeGa0.1/C催化剂应用在膜电极组件中时，0.9 V时的活性为0.84 A mg Pt-1，并且在经历了30,000 次电位循环后，活性保持率为72%，是目前报道的性能最好的Pt基ORR催化剂之一。理论研究表明，P的掺杂通过sp-d 轨道相互作用优化Pt和含氧中间体之间的吸附能，同时，形成了比Pt-Pt键强度更强的Pt-P共价键，以抑制金属的溶解。
PEMFCs作为便携式电源和重型交通工具的能量转换设备，具有巨大的潜力。然而，PEMFC 的发展主要受限于 Pt/C 催化剂在ORR中的活性和耐久性不足。将 Pt 与过渡金属（M）进行合金化，可以显著提高 Pt合金的活性。但在 PEMFCs 运行环境下，M 不可避免地会溶解到电解液中，导致其性能的严重下降。
金属间化合物L10-PtM具有更强的d-d轨道相互作用和更负的形成能，在稳定性方面比无序的化合物更胜一筹。研究表明，在催化剂中引入非金属元素有助于形成更强的非金属-金属共价键，从而在热力学上提高材料的耐腐蚀性。迄今为止，已有几种非金属元素被成功应用于提高纯Pt或无序Pt基催化剂的电催化活性和稳定性，如 B、N和 P。因此，在以Pt为基础的多组分金属间化合物体系中引入非贵金属P，将共价键和金属的有序结构结合起来，可以获得高活性和持久的 ORR 催化剂。
要点1. P-L10-PtFeGa0.1/C中Pt的价态降低，表明电子从P转移到了铂，导致Pt的d带重心εd下移。P-L10-PtFeGa0.1/C 中Pt-Pt键的配位数略有减少，表明P原子替代了表面的Pt原子，对催化剂的配位环境产生了影响，改变Pt的电子结构，从而促进ORR电催化。
要点2. 优化的P-L10-PtFeGa0.1/C催化剂在稳定性测试中表现出优异的性能。在半电池中进行100,000次加速电位老化测试后，MA仅衰减28%。在膜电极器件测试中，在0.9 V时的活性为0.84 A mg Pt-1，经过30,000次电位循环后的活性保持率为72%，是目前报道的性能最好的Pt基ORR催化剂之一。
要点3. DFT理论计算结果显示，由于P的掺入后，Pt的电子结构发生了改变，削弱了对氧中间体的吸附，P-L10-PtFeGa0.1/C 的εd与Pt（111）和L10-PtFeGa0.1相比显著降低。同时，P周围电荷密度的降低，说明P的电子转移到了附近的Pt原子上，形成了Pt-P共价作用。由于Pt和P之间存在很强的共价作用，P-L10-PtFeGa0.1/C 的空位形成能Evac（Pt）远高于 L10-PtFeGa0.1/C，有效地抑制了Pt的溶解。
L10-PtFeGa0.1/C金属间化合物中引入P，通过P和Pt之间的电子相互作用，能够有效削弱与含氧物种的吸附强度，优化表面电子结构。其PEMFC膜电极性能显著超过2025年DOE目标，是目前已发表的Pt基金属间氧还原催化剂中性能较好的之一。其中Pt和P之间的 sp-d轨道相互作用优化了表面含氧中间体的吸附强度。此外，强共价键导致了更高的Pt空位形成能，抑制了金属的溶解，从而提高了 PEMFC的稳定性。本工作通过引入具有独特轨道相互作用的非金属P元素来提高金属间化合物的ORR性能，为PEMFC的实际应用提供了基础和帮助。
李箐，华中科技大学材料科学与工程学院教授，新能源材料与器件中心主任。2005于武汉大学化学院获得学士学位，2010年于北京大学化学院获得博士学位（导师：邵元华教授），随后于美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和布朗大学进行博士后研究，2016年加入华中科技大学。获批/入选国家自然科学基金委优秀青年基金、国家海外高层次人才（青年项目）。主要从事氢能电催化剂的理性创制和表界面催化反应机制等研究。近五年在Nat. Catal.、Nat. Mater.、Joule等期刊发表论文近50篇。担任Chinese Chem. Lett.期刊副主编，《电化学》、《催化学报》等期刊编委，中国化学会青年化学工作者委员会委员。课题组网站：
邵宗平&WooChul Jung Renewables：电子-离子双导电负极助力无扩散限制的全固态电池
木士春&刘苏莉Renewables：通过调控原子级台阶、空穴实现CoOx纳米片析氧反应活性和稳定性突破Call for papers
Renewables 是依托中国化学会期刊平台，面向新能源领域的高起点国际期刊，发表能源、化学、材料等交叉学科的高水平研究论文与综述，已入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊。
原标题：《Renewables封面文章 华中科技大学李箐团队：调节金属间Pt基催化剂的化学键类型，实现高性能燃料电池》