过渡金属合金催化剂氧还原ORR催化机理

过渡金属合金催化剂氧还原ORR催化机理

氧还原反应（ORR）作为一种重要的电化学反应，广泛应用于燃料电池、锂离

子电池等能源转换和储存系统中。其中催化剂是提高ORR催化活性的关键因素之一。随着科技进步和材料研究的发展，金属合金催化剂因其催化活性高、稳定性好等优点，在ORR催化领域受到广泛关注。

过渡金属合金催化剂的构成

过渡金属合金催化剂指的是将两种或多种不同过渡金属进行合金化得到的一种

催化剂。其中，过渡金属可选择铁、铂、铜、镍、钴、钒等，常见的合金有PtNi、PtCo、PtFe、PtCu等。过渡金属合金化催化剂的制备方法一般采用化学还原法、

共沉淀法、原位合成法等。

过渡金属合金催化剂的ORR催化机理

过渡金属合金催化剂的ORR催化机理主要包括三个方面：①氧分子的吸附；

②原子氧的解离和转移；③电子转移。

氧分子的吸附

氧分子被催化剂表面的过渡金属吸附后，会发生分子吸附和解离吸附两种情况。在吸附状态下，氧分子与过渡金属表面的相互作用主要由范德华力和电荷转移力量组成。此时，氧分子与过渡金属表面的相互作用力大于氧分子自己具有的吸引力，从而氧分子被吸附在过渡金属表面上。

原子氧的解离和转移

吸附在催化剂表面的氧分子在表面上发生解离吸附后，形成了吸附在表面的原

子氧。原子氧与过渡金属表面上的其他原子结合后，可能会形成过渡态物种。在ORR反应体系中，过渡态物种一般为过渡金属离子和原子氧的结合物，从而在催

化剂表面上促进电子转移。

电子转移

在过渡金属离子和原子氧的结合物的作用下，表面催化剂上的电子发生转移，

从而对ORR反应体系中的其他物质发生作用。在ORR反应中，电子转移是整个反应的关键步骤之一。实验表明，过渡金属合金催化剂表面的原子氧和过渡态物种是实现高效ORR的关键。

过渡金属合金催化剂的应用前景

随着燃料电池、锂离子电池的需求不断增长，过渡金属合金催化剂作为高效催化剂在ORR反应中具有广泛应用前景。实验结果表明，与单种金属催化剂相比，过渡金属合金催化剂的催化活性更高、稳定性更好。

总的来说，过渡金属合金催化剂的制备技术和ORR催化机理的研究对于提高ORR催化活性，开发高效能源转换与储存系统具有重要意义。