▲第一作者：邱晨曦
通讯作者：宋玉江，田东旭
通讯单位：大连理工大学
燃料电池具有绿色环保、低温适应性强、燃料加注速度快和能量密度高等优点，是发展洁净能源的一项核心技术。然而，阴极氧还原反应（ORR）动力学缓慢，需要高成本的贵金属Pt加速反应，严重阻碍了燃料电池的大规模应用。Pd在地壳中的丰度（0.015 ppm）是Pt的三倍，理化性质与Pt相近。尽管Pd的短期市场价格高于Pt，但从长远来看， 在燃料电池中以Pd替代Pt具有重要意义。
本文设计、制备了一种新型的PdO-CeO2/C复合ORR电催化剂。传统方法将Pd氧化为PdO需要500℃的高温，我们利用CeO2/CeO2-x电对的强氧化（Eθ = 1.72V）作用在250℃即将Pd电化学氧化为纯相PdO。与商业Pt/C相比，在碱性介质中，PdO-CeO2/C表现出优异的ORR电催化活性，质量比活性达1103 mA mgPd-1 (6.5 μgPd cm-2)，是商业Pt/C（183 mA mgPd-1）的5.9倍。密度泛函(DFT)计算表明PdO/CeO2界面处适宜的氧吸附强度可能是高ORR活性的一个主要原因。纯相PdO低温制备方法；PdO/CeO2 界面处氧吸附能的调变机制以及与ORR活性间的内在联系
要点1. 两个氧化还原电对CeO2/CeO2-x及Pd/PdO与导电碳载体的纯在，使得Pd在250℃被电化学氧化为PdO， 远低于传统热化学氧化的500℃高温。当样品中没有碳载体或CeO2时，无法得到纯相PdO。▲图2. (a) PdO-CeO2/C电催化剂的XRD图；(b) TEM EDX mapping图。
要点2. XRD图显示PdO的衍射峰，而CeO2的衍射峰几乎观察不到，表明CeO2的结晶度低，很可能主要以无定形的形式存在。TEM EDX mapping显示Pd及Ce均匀分散在载体表面。▲图3. (a) PdO-CeO2/C, 自制Pd/C及商业Pt/C在O2饱和0.1 M KOH电解液中的LSV曲线；(b) PdO-CeO2/C和文献报道的Pd基电催化剂在0.9 V (vs. RHE)处MA的比较。
要点3. PdO-CeO2/C在碱性条件下展现出优异的ORR电催化活性。半波电位为0.908 V (vs. RHE)，与商业Pt/C相比正移了43 mV， 0.9 V (vs. RHE)处MA达1103 mA mgPd-1，是商业Pt/C的5.9倍。▲图4. Pt(111)、PdO(101)及PdO(101)/CeO2的DFT模型及相应的氧吸附能。
要点4. 氧吸附能被广泛用作ORR活性描述符。DFT计算结果表明，Pt(111)及PdO(101)表面氧吸附能分别为-1.60 eV和-0.67 eV，PdO(101)过弱的氧吸附能阻碍氧气解离，进而影响其ORR电催化活性。而CeO2的加入使得PdO(101)/CeO2界面对于氧的吸附能力相对PdO(101)显著提高，接近Pt(111)，因此PdO(101)/CeO2界面更有利于ORR。1. 制备了无定型CeO2修饰的碳载PdO纳米颗粒复合电催化剂；
2. 由于CeO2/CeO2-x氧化还原电对强的氧化能力， 使得Pd在250℃被电化学氧化成纯相PdO，远低于传统热化学氧化所需的500℃高温；3. PdO-CeO2/C表现出优异的ORR电催化活性，在0.9 V (vs. RHE)处的质量比活性为1103 mA mgPd-1，是商业Pt/C的5.9倍；4. DFT计算结果表明，PdO/CeO2界面具有合适的氧吸附能力，有利于ORR。https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100557
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