As células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFCs) são geralmente consideradas como uma tecnologia de conversão de energia limpa e sustentável para substituir os combustíveis fósseis cada vez mais escassos devido à alta eficiência de conversão de energia, alta densidade de energia, e baixa ou zero emissão de poluentes. Claramente, platina (Pt) é um componente chave dos eletrocatalisadores de última geração para a reação de redução de oxigênio (ORR) nos cátodos, de longe, que é uma meia reação determinante para impulsionar o desempenho desta tecnologia de célula de combustível. Contudo, a lenta cinética de reação de ORR muitas vezes requer uma carga relativamente alta de Pt para atingir um desempenho desejável de célula de combustível nas aplicações práticas, que é severamente restringido pelo alto custo e escassez de Pt.

Como tal, pesquisadores têm feito esforços tremendos para desenvolver ativos, estábulo, e catalisadores econômicos baseados em Pt para ORR na última década. Incorporar Pt com metais menos nobres e / ou de baixo custo para formar catalisadores de liga / núcleo-casca é considerada uma estratégia promissora para aumentar substancialmente as propriedades catalíticas para ORR em células de combustível devido ao acoplamento de elétrons e efeito de deformação entre metais distintos. Comparado com eletrocatalisadores de liga à base de Pt, tais eletrocatalisadores de núcleo-casca não apenas evitam a lixiviação ou dissolução do metal não-Pt para melhorar a estabilidade, mas também fazer uso total de todos os átomos de Pt e, assim, reduzir o custo dos catalisadores.

De acordo com o conhecido gráfico de vulcão para atividade ORR, Pd é provavelmente o melhor material de núcleo para formar eletrocatalisadores de núcleo-casca baseados em Pt devido ao acoplamento de elétrons adequado e efeito sinérgico entre eles. Contudo, a estabilidade de tais catalisadores de núcleo-casca de Pd @ Pt não pode atender ao requisito de comercialização devido à dissolução seletiva de átomos de Pd dos núcleos durante o ciclo. A adição de elementos estabilizadores (por exemplo, Au) em nanocristais à base de Pt provou proteger os componentes ativos (por exemplo, Pt e Pd) nos catalisadores de dissolução após ciclagem de potencial, aumentando seu potencial de dissolução, e assim garante excelente estabilidade a longo prazo. Contudo, esses eletrocatalisadores de núcleo-shell Au @ Pt sofrem de diminuição na atividade ORR devido à deformação expansiva induzida em camadas de Pt decorrentes da maior constante de rede e maior tamanho atômico de Au do que Pt em combinação com o acoplamento eletrônico adverso entre eles.

Recentemente, O Prof. Zhang, na equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Deren Yang da Universidade de Zhejiang, colaborou com o Prof. Wu da Universidade Jiao Tong de Xangai, desenvolveu uma abordagem fácil para sintetizar nanocatalisadores AuPd @ Pt icosaédricos que consistem em peles de Pt ultrafinas, Núcleos de liga Au-Pd e camadas intermediárias de Pd com espessura variável. As películas de Pt ultrafinas com duas camadas atômicas foram revestidas epitaxialmente em sementes icosaédricas de Au-Pd conforme preparadas. O controle da espessura das camadas intermediárias de Pd em uma faixa de 3 ~ 12 camadas atômicas foi realizado ajustando a razão molar de alimentação dos elementos Au e Pd. O AuPd @ Pd @ Pt icosaedra com camadas intercalares de Pd, especialmente eletrocatalisadores Au60Pd40 @ Pt com cerca de seis camadas atômicas, exibiu atividades e durabilidade notavelmente aprimoradas para ORR em ambiente ácido em comparação com Pt / C comercial e Au75Pd25 @ Pt icosaedra sem camadas intermediárias de Pd. As nanoestruturas de núcleo-camada intermediária-casca de três camadas com formas icosaédricas otimizam ainda mais a estrutura eletrônica de átomos de metal nobre para catálise ORR e maximizam a utilização de Pt com base em outros nanocatalisadores de núcleo-casca. Este trabalho lançou luz sobre os principais papéis das camadas intermediárias de Pd em catalisadores de ORR de alto desempenho core-shell Au-Pd-Pt e fornece uma nova estratégia para o projeto de eletrocatalisadores, o que garante alta atividade e durabilidade ao mesmo tempo.