上海大学理学院/可持续能源研究院袁程团队在《储能科学与技术》发表论文《快速微波合成铂铜合金作为高效氧还原电催化剂》，该研究针对质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应动力学迟缓、商业铂碳催化剂成本高、活性低、稳定性差等问题，开发了快速微波还原合成方法，成功制备出碳负载铂铜合金纳米颗粒催化剂，其催化活性和稳定性均优于商业铂碳催化剂，为燃料电池催化剂的低成本、高性能化提供了新路径。
质子交换膜燃料电池因能量密度高、环境友好等优势，在电动汽车、固定式电站等领域应用前景广阔，但阴极氧还原反应需大量贵金属铂，且现有商业铂碳催化剂存在诸多短板，严重制约其大规模应用。构筑铂基合金是降低成本、提升性能的有效策略，铜储量丰富、成本低，与铂合金化可产生协同效应，而微波合成法具有供热均匀、速度快、能耗低等优势，适合催化剂批量化生产。
团队通过优化实验方案，将铂盐、铜盐与炭黑载体混合分散后，在160℃、160W功率下经2分钟微波反应，便成功合成出铂铜合金纳米颗粒催化剂(PtCu/C)。表征结果显示，该催化剂中铂铜纳米颗粒平均粒径仅2.7nm，均匀分布在碳载体表面，形成了两个原子层厚度的富Pt表面结构，且铜向铂发生电子转移，产生协同作用，为催化性能提升奠定了结构基础。
为获得最优催化性能，团队系统探究了前体中铂铜摩尔比、微波反应温度、时间及功率等关键参数的影响，确定最佳合成条件为铂铜摩尔比1∶1、反应温度160℃、时间2分钟、功率160W。电化学测试表明，优化后的PtCu/C催化剂在0.9V(vs. RHE)处的质量活性达0.280A/mg，面积活性为0.346mA/cm²，分别优于商业铂碳催化剂的0.150A/mg和0.213mA/cm²。
加速耐久性测试显示，经过10000圈电势循环后，PtCu/C催化剂的半波电位仅下降15mV，稳定性显著优于商业铂碳催化剂(下降24mV)。该催化剂性能提升主要得益于小粒径纳米颗粒、合金化效应及富Pt表面结构，其低成本、快速合成工艺与优异性能，为质子交换膜燃料电池的规模化应用提供了重要支撑。
