作为氧还原反应(ORR)最可行的催化材料之一，Pt是许多能量转换设备(包括质子交换膜燃料电池(PEMFC))运行的关键部分。然而，Pt的低丰度和高成本限制了这些设备的大规模商业化。解决这个问题的关键在于能否在不影响催化剂性能的前提下减少Pt在催化剂中的负载。减小材料粒径是一个实用的策略：由于表面体积比的增加，更多的Pt原子参与催化反应。这种方法具有一个明显缺点，即由于表面上存在更多未配位的ORR位点，比活性(SA，归一化为表面积)将随着颗粒尺寸的减小而下降。为此，必须开发一种能够增强或至少保留SA的策略，同时缩小催化颗粒尺寸。

近日，佐治亚理工学院夏幼南和威斯康星大学麦迪逊分校Manos Mavrikakis等通过一种基于种子介导生长的通用方法，成功地制备了压缩应变{111}面包裹的锥形Pt纳米颗粒，同时它们的尺寸小至2 nm。首先，将Pt(II)前体溶液注入含有11nm Pd二十面体种子的水悬浮液中，其表面被12个五重孪晶顶点，30个单孪晶边和20个{111}面覆盖。二十面体纳米晶顶点的Pd原子处于压缩应变中，而面上的Pd原子处于拉伸应变中。

由于Pd二十面体种子的顶点是五重孪晶边界相交点，所以它们的高表面能有助于在种子介导的生长过程中Pt原子成核和沉积。通过控制反应温度，抑制表面扩散，Pt吸附原子可以在很大程度上限制在顶点。在压缩应变作用下，沉积在顶点上的Pt将形成五重孪晶结构，并暴露{111}面。当Pd模板通过化学腐蚀选择性去除时，在内表面和外表面都得到了具有压应变{111}面的Pt锥体。

性能测试结果显示，Pt锥体的半波电位为0.892 V，SA值高达0.99 mA cm⁻²；同时，该催化剂的质量活性为1.72 A mg^-1_Pt，是Pt/C催化剂的6.4倍(A mg^-1_Pt)。此外，在0.1 M HClO₄溶液中，Pt锥催化剂在0.6-1.1 V_RHE之间连续循环20000次也未发生明显的活性下降，且反应后Pt锥仍然主要被{111}面覆盖，没有发生催化剂聚集或颗粒脱离，显示出巨大的实际应用前景。

总的来说，该项工作证实表面Pt原子的配位数和应变场之间的相互作用对于提升催化活性的重要作用，为设计和开发高效的Pt基催化剂提供了重要指导。

Compressively strained and interconnected platinum cones with greatly enhanced activity and durability toward oxygen reduction. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202404677