铂族金属是支撑现代能源、化工、环境等产业的关键催化材料。然而，我国铂族金属资源匮乏，每年85%以上需求依赖进口。这一瓶颈导致该类战略金属价格成本居高不下，亟需通过技术创新实现降本增效。高效精准地构建铂族与非贵金属核壳结构，是兼顾高催化活性与低贵金属用量的关键技术。该结构通过核壳界面原子耦合，诱导精细晶格应变和配体效应，激发铂族金属的超高催化活性。然而，传统合成技术依赖长时高温条件下多个热力学全局平衡态的步进式转化，工艺周期长、能耗高、精度低，成为制约催化剂效能与应用的核心技术“卡口”。因此，开发精准调控铂催化剂表界面结构和性能的新型合成方法并且理解催化剂表界面构效关系，对于实现铂族金属核壳催化剂的超快合成、精确调控与性能提升具有重要意义。

2026年7月9日，william威廉中文官网周继寒课题组联合天津大学胡文彬、吴忠团队以及香港城市大学刘彬团队，在Science上发表题为“Transient assembly of precision-tuned platinum-skin intermetallic catalysts for fuel cells”的研究论文。该研究提出了区别于传统热平衡的材料合成范式，利用周期能量输入引导高能瞬态结构沿预定路径连续演化，调控催化剂表界面结构，并实现了合成效率与精度、催化性能以及绿色低能耗等方面的大幅提升。

研究团队开创性地提出“瞬态组装”策略，实现了铂族金属核壳催化剂的超快合成与精确调控，为铂族催化剂的原子级精准合成开辟了新路径。通过自主研发的毫秒级周期热脉冲技术，团队实现了瞬时精准供能，驱动纳米晶在数秒的非平衡高能瞬态演变中完成核壳结构组装，同步实现铂壳原子层的精确调控（图1）。该合成方法还可实现原子层级的Pt皮层调控及组分拓展。其中，三层Pt皮的Pt₃L@PtFe-i催化剂同时展现出高的半波电位、高的质量活性和优异的耐久性；在低Pt载量膜电极中，其H₂/O₂和H₂/空气燃料电池性能均明显优于商业Pt/C，并超过了多项美国能源部设定的性能目标。

图1. 具有核壳结构的Pt@PtFe-i纳米晶体的非平衡瞬态组装

利用三维原子重构技术，研究团队详细解析了Pt₃L@PtFe-i催化剂的三维原子结构，整个颗粒由内部的有序L10相金属间化合物内核加上三层纯Pt壳层组成。三维原子重构结果显示，由于Pt壳层与PtFe内核之间的晶格耦合，PtFe内核诱导了与配位数相关的Pt皮层压缩应变（图2）；进一步结合DFT计算，研究表明应变与配体效应协同优化了氧中间体吸附，使大量配位数为7至9的表面Pt原子转化为高活性ORR位点。

图2. Pt3L@PtFe-i催化剂原子结构测定分析以及氧还原反应（ORR）增强机制研究

该工作提出的瞬态组装策略兼具合成速度快、流程短、Pt皮层原子级可控以及多组元普适性好等优势，为构筑传统热力学路线难以获得的复杂核壳结构、金属间化合物及高熵纳米材料提供了新思路。

文章的通讯作者是天津大学胡文彬教授、吴忠教授，北京大学周继寒研究员以及香港城市大学刘彬教授。第一作者是天津大学丁佳教授，周继寒课题组李泽洲博士主要完成纳米催化剂的三维重构。该研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心资助，并得到了清华大学分析中心与北京大学高性能计算平台的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg2036

排版：高杨
审核：牛林，刘志博