ORR催化剂Ni_m@Pt_1Au_(n-m-1)(n=19,38,55,79;m=1,6,13,19)的密度泛函研究（英文）

燃料电池的阴极反应的反应动力学速率非常慢,限制了燃料电池技术的发展。因此,寻找低成本、高活性的氧还原催化剂具有重要的意义。多元金属核壳团簇表现出优良的氧还原活性。在本文中,以原子个数为19、38、55和79的八面体团簇作催化剂模型,采用密度泛函理论(GGA-PBE-PAW)方法,研究了一系列不同尺寸核壳Ni_m@M_(n-m)(n=19, 38, 55, 79;m=1, 6,13, 19; M=Pt, Pd, Cu, Au, Ag)团簇催化剂的活性规律。优化*O、*OH和*OOH吸附中间体结构,计算了吸附自由能和反应吉布斯自由能,以超电势为催化活性的描述符,研究了单原子Pt嵌入Ni_m@Au_(n-m)团簇的活性规律。结果表明,Ni_6@Pt_1Au_(31)具有最好的ORR活性,并且Ni_1@Pt_1Au_(17)、Ni_6@Pt_1Au_(31)、Ni_(13)@Pt_1Au_(41)、Ni_(19)@Pt_1Au_5表现出比Pt_(38)团簇以及Pt(111)表面更高的催化活性。Bader电荷和态密度分析表面,核壳之间的电荷转移以及单原子Pt嵌入Ni_m@Au_(n-m)表面,改变了吸附位的电子性质,降低了*OH的吸附强度,提高了ORR活性。单原子Pt嵌入Ni_m@Au_(n-m)表面可能是一种合适的多元金属核壳ORR催化剂设计策略。