在高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)中，磷种类对Pt的毒害严重影响了氧还原反应（ORR）的动力学过程，制约了其商业化应用。在此，首次采用掺杂调制应变策略，提高了PtFe有序金属间化合物的磷酸盐耐受性，以改善HT-的PEMFCs性能，这是通过低量的铜作为掺杂剂来实现的。具体来讲，铜掺杂促进了PtFe晶体中压缩应变的形成，从而改变催化剂的电子结构，进而有利于减弱磷酸盐在Pt表面上的吸附能。此外，高温磷酸盐吸附试验表明，Pt基电催化剂中铜掺杂可以提高磷酸盐的耐受性。在H2-O2和H2-Air气氛条件下，低Pt负载量（0.5 mg Pt·cm-2）的阴极电催化剂组装的HT-PEMFCs，峰值功率分别为793.5和432.6 mW·cm-2，高于商业Pt/C电催化剂约1.53和1.34倍。此外，该电催化剂还表现出极好的电化学稳定性，至少100小时内其活性损失可忽略不计，超过了大多数其他报道的ORR电催化剂。
 
 
Figure 1.( a)Cu-PtFe/NC和c) PtFe/NC的STEM图像；b) Cu-PtFe/NC和d) PtFe/NC的HAADF-STEM图像；e) STEM-EDX元素分布；f)PTFe/NC和Cu-PtFe/NC的XRD图谱和g)高分辨率Pt 4f XPS光谱。
 
 
Figure 2. a)Pt/C、Cu-Pt/NC、PtFe/NC、Cu-PtFe/NC的ORR极化曲线；b)质量活性和面积活性比较；160℃时单电池的高温PEMFC性能：c）燃料电池极化曲线和相应的功率密度，d)耐久性试验结果；5) H2-空气燃料电池性能；f）奈奎斯特图。
 
  
Figure 3. a) Pt/C、Cu-Pt/NC、PtFe/NC和Cu-PtFe/NC在HClO4和 HClO4 & PA 电解质中的E1/2。在纯PA溶液中160°C温度下保持24小时后，电催化剂的表面分析：b) Cu-Pt/NC、c) PtFe/NC、d) Cu-PtFe/NC 的高分辨率 Pt 4f XPS光谱。
 
 
Figure 4. PtFe/NC、Cu-PtFe/NC 以及参考样品的a) Pt L-edge XANES谱图，和b) Pt L-edge EXAFS谱图。c) Cu-PtFe 晶体的电荷密度差。d) 在Cu-PtFe和PtFe 上吸附H2PO4的几何结构和PA吸附强度。
  
      该研究工作由湖南大学王双印教授课题组于2021年发表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Doping-Modulated Strain Enhancing the Phosphate Tolerance on PtFe Alloys for High-T emperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells。

转自《石墨烯研究》公众号