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近期，918博天堂王晨光、罗密团队构建了一种具有动态自优化特征的 L1₀-PtCo@Co-shell核壳催化剂，顺利获得有序 L1₀-PtCo金属间化合物核与超薄Co富集壳的协同设计，实现了催化剂工作过程中的可控结构演化。研究团队利用原位X射线吸收精细结构谱（operando XAFS）、原位拉曼光谱和密度泛函理论（DFT）计算，从原子尺度揭示了工作条件下Co原子迁移、表面合金化及活性位点演变过程，阐明了“稳定有序核—动态重构表面”的协同机制。该研究以Dynamic Self-Optimization in an Ordered L1₀-PtCo Core-Shell Catalyst Decouples Activity and Stability for Acidic Hydrogen Evolution为题发表于Advanced Functional Materials。

图1. Operando-XAFS 测试示意图。

质子交换膜水电解（PEMWE）具有高效率和高电流密度等优势，但酸性工作环境对催化剂的活性与结构稳定性的要求较为严苛。传统催化剂设计通常强调维持稳定的静态结构，但实际工况下催化剂不可避免会发生元素迁移、原子重排和表面重构。上述动态变化既可能导致结构失稳，也可能形成更加有利的工作态结构。因此，如何捕获催化剂工作条件下的动态结构演化，并揭示其与催化性能之间的内在关联，是电催化领域的重要科学问题。

针对这一问题，研究团队提出“动态预催化剂”设计理念，构建了以有序 L1₀-PtCo为核、Co富集层为壳的核壳结构，使稳定核与动态表面实现功能分工，在工作条件下发生可控重构。依托上海光源BL20U1，研究团队实时追踪了催化剂工作过程中的局域结构变化。结果显示，随着工作电位施加，Co–Pt配位逐渐增强，而Co–Co配位持续降低，表明表面Co原子逐步向颗粒内部迁移，并与Pt形成更加充分的异原子配位，最终使表面由初始Co富集结构向高度合金化的PtCo结构演变。结合原位拉曼和DFT计算，进一步证明动态重构形成的Pt–Co邻位结构能够优化氢中间体吸附并促进反应动力学。

图2. Operando XAFS谱。 (a) Pt L₃边原位XANES光谱。(b) Co边原位XANES光谱。(c) Pt  L₃边和(d) Co K边原位EXAFS光谱拟合。(e) 工作条件下L1₀-PtCo@Co-shell的拟合结构参数和合金化程度。

同时，理论计算发现，L1₀-PtCo核具有较高的Co原子扩散能垒，可有效抑制Co无序迁移与溶出，从而保持核结构稳定。由此，催化剂在工作条件下形成了“动态表面—稳定核”的协同结构。

该研究表明，催化剂工作过程中的结构重构并非会导致其必然失活。顺利获得合理设计初始非平衡结构，可以将原本不可控的原子迁移转化为有方向、可利用的动态自优化过程，使催化剂由初始预催化结构逐步演化为更加稳定和优化的工作态结构。该研究将催化剂设计理念从传统的“静态结构优化”拓展至工作条件下“动态结构优化”，为深入理解真实工作状态下催化剂的结构演化及其催化机制，并进一步指导高活性、高稳定催化材料的理性设计给予了新思路。

论文第一单位为中国科研实验室广州能源研究所，第一作者罗密特任副研究员，通讯作者王晨光研究员。该研究取得国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目和广州市科技计划项目的支持。

论文链接：http://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.77600