Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont généralement considérées comme une technologie de conversion d'énergie propre et durable pour remplacer les combustibles fossiles de plus en plus rares en raison de l'efficacité élevée de la conversion d'énergie, haute densité énergétique, et des émissions de polluants faibles ou nulles. Clairement, le platine (Pt) est un composant clé des électrocatalyseurs de pointe pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) aux cathodes de loin, ce qui est une demi-réaction déterminante pour booster les performances de cette technologie de pile à combustible. Cependant, la cinétique de réaction lente de l'ORR nécessite souvent une charge relativement élevée de Pt pour atteindre une performance de pile à combustible souhaitable dans les applications pratiques, qui est sévèrement limité par le coût élevé et la rareté de Pt.

En tant que tel, les chercheurs ont fait d'énormes efforts pour développer des stable, et des catalyseurs économiques à base de Pt vers l'ORR au cours de la dernière décennie. L'incorporation de Pt avec des métaux moins nobles et/ou à faible coût pour former des catalyseurs alliage/coeur-enveloppe est considérée comme une stratégie prometteuse pour améliorer considérablement les propriétés catalytiques vers l'ORR dans les piles à combustible en raison du couplage électronique et de l'effet de contrainte entre des métaux distincts. Par rapport aux électrocatalyseurs en alliage à base de Pt, de tels électrocatalyseurs noyau-enveloppe évitent non seulement la lixiviation ou la dissolution du métal autre que le Pt pour améliorer la stabilité, mais aussi tirer pleinement parti de chaque atome de Pt et ainsi réduire le coût des catalyseurs.

Selon le tracé du volcan bien connu pour l'activité ORR, Le Pd est probablement le meilleur matériau de noyau pour former des électrocatalyseurs noyau-enveloppe à base de Pt en raison du couplage électronique approprié et de l'effet synergique entre eux. Cependant, la stabilité de tels catalyseurs noyau-enveloppe Pd@Pt ne peut pas répondre aux exigences de la commercialisation en raison de la dissolution sélective des atomes de Pd des noyaux pendant le cyclage. L'ajout d'éléments stabilisants (ex. Au) dans des nanocristaux à base de Pt s'est avéré protéger les composants actifs (par exemple, Pt et Pd) dans les catalyseurs de la dissolution lors du cyclage potentiel en augmentant leur potentiel de dissolution, et garantit ainsi une excellente stabilité à long terme. Cependant, ces électrocatalyseurs cœur-coquille Au@Pt souffrent d'une diminution de l'activité ORR en raison de la contrainte expansive induite dans les coquilles de Pt résultant de la constante de réseau plus grande et de la taille atomique plus grande de l'Au que du Pt en combinaison avec le couplage électronique défavorable entre eux.

Récemment, Le professeur Zhang, dans l'équipe de recherche dirigée par le professeur Deren Yang de l'Université du Zhejiang, a collaboré avec le professeur Wu de l'Université Jiao Tong de Shanghai. Noyaux en alliage Au-Pd et intercalaires en Pd d'épaisseur variable. Des peaux ultrafines de Pt avec deux couches atomiques ont été épitaxiées sur des graines Au-Pd icosaédriques préparées. Le contrôle de l'épaisseur des intercalaires de Pd dans une gamme de 3 à 12 couches atomiques a été réalisé en ajustant le rapport molaire d'alimentation des éléments Au et Pd. Les icosaèdres AuPd@Pd@Pt avec intercalaires Pd, en particulier les électrocatalyseurs Au60Pd40@Pt avec environ six couches atomiques, ont montré des activités et des durabilités remarquablement améliorées vis-à-vis de l'ORR dans un environnement acide par rapport aux icosaèdres commerciaux Pt/C et Au75Pd25@Pt sans intercalaires Pd. Les nanostructures noyau-intercouche-coque à trois couches avec des formes icosaédriques optimisent davantage la structure électronique des atomes de métaux nobles pour la catalyse ORR et maximisent l'utilisation du Pt sur la base d'autres nanocatalyseurs noyau-coque. Ce travail a mis en lumière les rôles clés des intercalaires de Pd dans les catalyseurs hautes performances core-shell Au-Pd-Pt ORR et fournit une nouvelle stratégie pour la conception d'électrocatalyseurs, ce qui assure simultanément une activité élevée et une durabilité.