▲第一作者：丁华霖
通讯作者：龙祎、曾少华
通讯单位：南洋理工大学
燃料电池技术不仅可以将化学能转化为电能，同时能有效缓解能源危机和降低环境污染，是一种高效清洁的绿色能源解决方案。贵金属铂（Pt）虽然是目前最常用的燃料电池催化剂，但其储量少且价格昂贵，仍需要进一步改进Pt基材料体系。其中一种被认为是突破商业应用限制的有效手段是将Pt与其他金属制备成合金，该策略既可以减少Pt的使用量，同时也可以增强催化活性和稳定性。另一方面，尺寸和形貌对催化活性和稳定性也有较大的影响。因此，精确控制Pt合金的组分、尺寸和形貌是燃料电池催化剂设计的重要任务。在众多的合成方法中，非水溶剂液相法是一种有效的合成方式，它能较好地促进高熔点或高还原能垒的金属与Pt的合金化，同时实现各种Pt基纳米结构的组分、尺寸和形貌的大范围调控，使得低Pt含量、高催化活性和高稳定性的燃料电池催化剂的构筑成为可能。此外，对于Pt基燃料电池催化剂的研究，大多数集中在结构与催化性能的关联，以及增强催化性能的策略，而对合成策略与结构的关联却少有探究。通过分析合成策略-结构的关联，将使人们对如何调控Pt基纳米结构以制备高性能的燃料电池催化剂有更深入的理解。
本文通过总结非水溶剂液相法合成Pt基纳米结构的相关工作，分析合成策略、实验条件对Pt基催化剂的组分、尺寸和形貌的影响，揭示精确控制Pt基纳米结构的关键合成因素。
本文总结了非水溶剂液相法合成Pt基纳米结构的重点研究成果，具体分为以下四个部分进行阐述：一步油浴法、油浴法结合其他合成策略、一步溶剂热法、溶剂热法结合其他合成策略，归纳和分析溶剂、前驱体、还原剂、添加物、压力、还原气、温度和时间等实验条件对合成结构的影响，并在每一部分以表格的形式对重要合成结果的实验条件、材料基本特征与应用领域进行详细的总结。
鉴于此，南洋理工大学龙祎、曾少华等人从非水相合成方式出发，对Pt基燃料电池催化剂的组分、尺寸和形貌的控制进行了系统的总结。该工作分成油浴法和溶剂热法两部分进行阐述，同时细分成一步和多步的合成策略分别剖析。最后，作者还对Pt基燃料电池催化剂合成所面临的机遇与挑战进行了展望。该综述工作以《Non-aqueous solution synthesis of Pt-based nanostructures for fuel cell catalysts》为题在《Materials Today Energy》进行发表，杭州电子科技大学的访问学者丁华霖为论文的第一作者，南洋理工大学的龙祎、曾少华为通讯作者。
作者总结了通过一步油浴法制备各种Pt基纳米结构的最新进展，并重点介绍了溶剂（二甲基甲酰胺、油胺等）、表面活性剂、还原剂、添加剂、温度和时间对于合成结构的影响，同时以表格的形式进行汇总。此外，二维以及复杂Pt基纳米结构预期有优异的催化性能，但合成难度较大，生长机理也较复杂，作者单独介绍了二维以及复杂Pt基纳米结构合成的重要研究进展。▲图1. 一步油浴法合成nanopaltes的生长过程
一些复杂结构难以通过一步油浴法直接合成，需要油浴法结合其他合成策略才能实现。作者将其归纳为“一锅两步油浴法、预制备+油浴法、油浴法+后处理”三方面进行阐述。作者总结了通过一步溶剂热法制备各种Pt基纳米结构的研究进展。除了概述油浴法涉及实验条件对于结构所起作用，还详细讨论了引入压力、还原气（H2、CO等）之后对于结构的影响。这些合成策略对复杂Pt基纳米结构的设计，以及高熔点/高还原势垒元素与Pt合金都有借鉴意义。▲图4. 溶剂热法合成nanowires的生长过程
作者重点总结了溶剂热法结合其他合成策略制备特定Pt基纳米结构的研究进展，并通过表格的形式汇总了溶剂热法、油浴法与其他合成策略结合制备相关Pt基催化剂的结果。▲表2. 溶剂热法、油浴法与其他合成策略结合制备Pt基纳米结构的总结
Pt基纳米结构的精确合成不仅是获得高活性和耐久性燃料电池催化剂的保障，而且是深入理解结构-功能关系的关键。非水溶剂液相法的合成方式为丰富多样Pt基纳米结构的精确构筑提供了可能。本文总结分析了实验影响因素（溶剂、前驱体、还原剂、添加物、压力、还原气、温度和时间等）与合成结构的关系，为入门者选择与合成Pt基催化剂提供了参考，也为今后精确设计更多特殊结构提供了指导。为了进一步拓宽材料合成体系和构筑更为精细的催化剂结构，需要在功能多样实验设备的开发、优化实验方案的设计、原位表征技术观察生长过程的引入等方面进行努力和改进。
Hualin Ding, Shancheng Wang, Yi Long*, Siew Hwa Chan*, Non-aqueous solution synthesis of Pt-based nanostructures for fuel cell catalysts, Materials Today Energy, 2020.
DOI: 10.1016/j.mtener.2020.100616https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468606920302355曾少华，南洋理工大学机械与航天工程学院教授，目前一项主要工作是在广州负责管理由中国政府资助的中新国际联合研究院。他也是一家初创公司“新向（广州）氢能科技有限公司”的创始人和董事，在中国广州从事具有高附加值的质子交换膜燃料电池组件的生产以及膜电极的组装工艺。曾教授是新加坡能源研究院管理委员会委员，同时也是地平线（Horizon）燃料电池技术咨询理事会理事。最近，他被任命为中国武汉科利尔公司新能源材料业务的技术总顾问，并成为华南理工大学机构质量审查委员会的国际委员。他也被英国能源研究中心邀请，成为唯一一位在英国以外地区，对英国国家燃料电池未来发展规划进行评审的专家。曾教授发表近260篇SCI论文，文章被引用次数超过12，000次，h因子为55。他也是国际杂志 “Journal of Power Technologies”, “Fuel Cells”, “Energy Conversion and Management”, “International Journal of Energy Research”的编委成员。
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