一组研究人员通过利用固体Pt-Ni双金属纳米晶体向多孔笼状结构或纳米框架的结构演变，合成了一种高活性和耐久的电催化剂。这种新型材料显着提高了氧还原反应的催化活性 - 将O 2分子分解成两个氧离子 - 这对燃料电池和其他潜在的电化学应用至关重要。

这种合成材料的方法是实现具有优异催化性能和低成本的电催化剂的重大进步。纳米框架的开放结构解决了先进纳米级电催化剂的一些主要设计标准，即高表面积与体积比，对反应物的三维表面可接近性以及最佳贵金属用途。研究人员乐观地认为，该方法可以很容易地应用于其他多金属催化剂，可能降低催化材料生产的成本。

在原子水平上控制结构可以精确且有效地调节材料的催化性质，从而增强活性和耐久性。来自阿贡国家实验室，劳伦斯伯克利国家实验室和威斯康星大学的一组研究人员通过利用固体Pt-Ni双金属纳米晶体结构演化成多孔笼状结构或纳米框架，合成了一种高活性和耐久的电催化剂。通过利用铂 - 镍(Pt-Ni)双金属纳米晶体的结构演变为笼状结构，在内表面和外表面上具有自组装Pt表皮结构来合成该材料。

将起始材料结晶PtNi 3纳米颗粒在溶液中并在温和温度下转化为Pt 3 Ni纳米框架，其具有具有三维分子可及性的表面。起始PtNi 3纳米颗粒的富Pt边缘保持在最终的Pt 3 Ni纳米框架中。该开放框架结构的内表面和外表面均由富含Pt的皮肤结构组成，其表现出增强的氧还原反应活性。Pt 3与现有技术的碳载Pt催化剂相比，Ni纳米框架催化剂在氧还原反应的两种不同催化活性测量(分别为质量和比活性)方面实现了36倍以上和22倍的增强。 (Pt / C)在长时间暴露于反应条件下。

这项工作是开发用于水分解反应和燃料生成的更有效的电催化剂的重大进步。这些电催化剂结构应用于析氢反应(HER)，这是水 - 碱电解槽中的关键阴极反应，其通过分解水产生氢。高度结晶的Pt 3 Ni-Pt-皮肤纳米框架表面的HER活性相对于Pt / C增强了几乎一个数量级。利用双金属纳米粒子从固体多面体到具有受控尺寸，结构和表面组成的中空纳米框架的自发结构演变应该易于应用于其他多金属催化剂。

能源部科学办公室，基础能源科学和能源效率和可再生能源办公室，燃料电池技术计划(催化剂质量活动和耐久性)。阿卜杜勒阿齐兹国王大学支持铂钴双金属纳米催化剂的工作。DOE SC用户设施的支持：计算在国家能源研究科学计算中心，环境分子科学实验室和阿贡领导计算机构进行; 显微镜研究使用了纳米材料中心，分子铸造中心和纳米材料科学中心; X射线光电子能谱研究在Advanced Light Source进行。