Le celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC) sono generalmente considerate una tecnologia di conversione dell'energia pulita e sostenibile per sostituire i combustibili fossili sempre più scarsi a causa dell'elevata efficienza di conversione dell'energia, alta densità di energia, ed emissioni inquinanti basse o nulle. Chiaramente, il platino (Pt) è di gran lunga un componente chiave degli elettrocatalizzatori all'avanguardia per la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) ai catodi, che è una mezza reazione determinante per aumentare le prestazioni di questa tecnologia delle celle a combustibile. Però, la cinetica di reazione lenta dell'ORR spesso richiede un carico relativamente elevato di Pt per ottenere le prestazioni desiderabili delle celle a combustibile nelle applicazioni pratiche, che è severamente limitato dall'alto costo e dalla scarsità di Pt.

Come tale, ricercatori hanno compiuto enormi sforzi per sviluppare attività attive, stabile, ed economici catalizzatori a base di Pt verso l'ORR nell'ultimo decennio. Incorporare Pt con metalli meno nobili e/o a basso costo per formare catalizzatori lega/core-shell è considerata una strategia promettente per migliorare sostanzialmente le proprietà catalitiche verso l'ORR nelle celle a combustibile a causa dell'accoppiamento degli elettroni e dell'effetto di deformazione tra metalli distinti. Rispetto agli elettrocatalizzatori in lega a base di Pt, tali elettrocatalizzatori core-shell non solo evitano la lisciviazione o la dissoluzione del metallo non Pt per migliorare la stabilità, ma anche sfruttare appieno ogni atomo di Pt e quindi ridurre il costo dei catalizzatori.

Secondo il noto diagramma vulcanico per l'attività ORR, Il Pd è probabilmente il miglior materiale del nucleo per formare elettrocatalizzatori nucleo-guscio a base di Pt a causa dell'accoppiamento di elettroni adatto e dell'effetto sinergico tra di loro. Però, la stabilità di tali catalizzatori core-shell Pd@Pt non può soddisfare i requisiti della commercializzazione a causa della dissoluzione selettiva degli atomi di Pd dai nuclei durante il ciclo. L'aggiunta di elementi stabilizzanti (es. Au) in nanocristalli a base di Pt ha dimostrato di proteggere i componenti attivi (ad es. Pt e Pd) nei catalizzatori dalla dissoluzione al potenziale ciclo spostando verso l'alto il loro potenziale di dissoluzione, e garantisce quindi un'eccellente stabilità a lungo termine. Però, questi elettrocatalizzatori core-shell Au@Pt soffrono di una diminuzione dell'attività ORR a causa della deformazione espansiva indotta nei gusci di Pt derivante dalla maggiore costante reticolare e dalla dimensione atomica maggiore di Au rispetto a Pt in combinazione con l'accoppiamento elettronico avverso tra di loro.

Recentemente, Il prof. Zhang nel gruppo di ricerca guidato dal prof. Deren Yang della Zhejiang University ha collaborato con il prof. Wu della Shanghai Jiao Tong University ha sviluppato un approccio semplice per sintetizzare nanocatalizzatori icosaedrici AuPd@Pt costituiti da pelli di Pt ultrasottili, Nuclei in lega Au-Pd e intercalari Pd a spessore variabile. Le pelli ultrasottili di Pt con due strati atomici sono state rivestite epitassialmente su semi di Au-Pd icosaedrici preparati. Il controllo sullo spessore degli intercalari di Pd in ​​un intervallo di 3~12 strati atomici è stato realizzato regolando il rapporto molare di alimentazione degli elementi Au e Pd. L'icosaedri AuPd@Pd@Pt con intercalari Pd, in particolare elettrocatalizzatori Au60Pd40@Pt con circa sei strati atomici, hanno mostrato attività e durabilità notevolmente migliorate nei confronti dell'ORR in ambiente acido rispetto agli icosaedri commerciali Pt/C e Au75Pd25@Pt senza intercalari di Pd. Le nanostrutture core-interlayer-shell a tre strati con forme icosaedriche ottimizzano ulteriormente la struttura elettronica degli atomi di metalli nobili per la catalisi ORR e massimizzano l'utilizzo di Pt sulla base di altri nanocatalizzatori core-shell. Questo lavoro fa luce sui ruoli chiave degli intercalari di Pd nei catalizzatori ORR Au-Pd-Pt core-shell ad alte prestazioni e fornisce una nuova strategia per la progettazione di elettrocatalizzatori, che garantisce un'elevata attività e durata contemporaneamente.