基于SCIE和ESI的燃料電池Pt基核殼結構催化劑研究進展

江志新

【摘 要】基于SCIE和ESI數據庫，通過文獻計量法和內容分析法綜述了燃料電池Pt基核殼結構電催化劑的發展歷史和研究進展，討論了其學術影響力與研究價值，介紹了該研究點的重要研究成果，最后總結了該類型催化劑的研究特點及發展方向，為圖書館開展深層次學科服務提供參考。

【關鍵詞】學科服務；燃料電池；鉑基催化劑；核殼結構；高影響力成果

Progress of Pt-Based Core-Shell Structured EIectrocatalysts in Fuel Cells Based on SCIE and ESI

JIANG Zhi-xin

（South China University of Technology， Guangzhou Guangdong 510640， China）

【Abstract】In this paper， the development history and research progress of the Pt based core-shell structure of the fuel cell are reviewed based on SCIE and ESI， and their academic influence and research value are discussed. Further， the important research results and main components of Pt based core-shell catalysts at the present stage are introduced. Finally， the characteristics and development trend of this type of catalyst are summarized. This case provided a reference for the library to carry out the deep discipline service.

【Key words】Subject services； Fuel cell； Platinum-based catalyst； Core-shell structure； High impact results

近年來，圖書館學科服務逐漸走向拓展、深化與創新的發展模式，業界致力于提供有益于知識傳播的嵌入式服務、有助于學科規劃的前瞻性服務、有利于知識分享的智慧型服務等高層次的學科服務實踐[1-3]。本文以華南理工大學圖書館為例，介紹如何基于學術數據庫為科研人員提供知識快速推送的創新型學科服務。

案例中服務的團隊正致力于燃料電池鉑（Pt）基核殼結構催化劑的研究，因此，學科館員借助Thomson Reuters的SCIE索引數據庫和ESI評價型數據庫對該主題的文獻進行多種形式的統計與分析，為該團隊提供重要的科技情報信息。文中以“Topic=（（fuel cell or PEMFC）and core and shell and（cataly*or electrocataly*））and Title=（Pt or platinum）”為檢索策略，在Web of Science的SCI-E數據調取全部關于燃料電池Pt基核殼結構催化劑的論文（通過人工剔除實際得出487篇研究論文），然后針對燃料電池Pt核殼結構催化劑的歷史發展和研究現狀進行了綜述。

1 Pt基核殼電催化劑的歷史發展

自2004年Bensebaa等[4]用微波法制備了富Pt內核-富Ru殼層的Pt-Ru合金催化劑，以及Tang H 等[5]用欠電位沉積法制備了Au@Pt，核殼結構的Pt基電催化劑開始引起了人們的關注。目前，Pt基核殼結構電催化劑主要經歷了兩個發展階段（圖1）：Ⅰ緩慢發展（2004-2007年）和Ⅱ進階式發展（2008年至今）。在2008年進階式發展時期伊始，研究主要是圍繞二元合金M-Pt展開（M=Pd、Cu、Au、Ru、Co、Ni和Sn），其中Alayoglu等[6]從第一性原理出發設計了Ru@Pt的研究論文成為了至今關于Pt基核殼結構電催化劑的最高引用頻次文獻（截至2016年3月為596次）?；谠摲N設計思路，眾多研究者開始考慮從微觀的分子結構設計層面開發具有特殊結構和形貌的Pt基核殼電催化劑。同年，Zhao等[7]報道了關于Co@Pt-Ru的研究成果，自此三元金屬體系的Pt核殼催化劑的研究持續發展。

2 各國家/地區及機構的研究趨勢

SCI-E的論文統計顯示，中、美、韓、日、臺、德為研究核殼結構Pt基催化劑主要國家/地區，而中、美在2008年以后的發展趨勢增速明顯（圖2）。按照機構統計，國內主要機構依次為：中科院（論文占比6.53%）、廈門大學（3.65%）、華南理工大學（3.46%）、湖南大學（1.34%）、南京師范大學（1.34%）、浙江師范大學（1.34%）、中山大學（1.15%）、太原科技大學（1.15%）和燕山大學（1.15%），國外主要機構為BROOKHAVEN NATL LAB（美，6.33%）、SEOUL NATL UNIV（韓，1.29%）、UNIV TEXAS AUSTIN（美，1.29%）、KAIST（韓，1.73%）、BULGARIAN ACAD SCI（保加利亞，1.54%）和UNIV WESTERN CAPE（南非，1.54%）等，臺灣地區則主要有臺灣同步輻射研究中心（2.11%）、臺灣清華大學（1.54%）和東海大學（1.54%）三所機構。而近兩年的論文統計顯示，BROOKHAVEN NATL LAB（7.65%）、廈大（4.31%）、中科院（3.83%）、華南理工大（3.83%）、浙師大（3.35%）、KAIST（2.39%）、UNIV BARCELONA（2.39%）、EMORY UNIV（1.91%）和GEORGIA INST TECHNOL（1.91%）等機構都表現活躍。

3 Pt基核殼電催化劑的學術影響力

ESI是通過多項重要的論文指標，對國家/地區科研水平、機構學術聲譽、科學家學術影響力以及期刊學術水平進行全面衡量[8]。將論文劃分為普通SCI-E論文、ESI論文（高國際學術水平及影響力的論文）及熱點論文（過去兩年內發表、引用次數是化學領域中最優秀的0.1%之列的論文），發現關于核殼結構Pt基催化劑的ESI高被引論文開始出現時間為2008年，反映了2008年開始該研究方向出現學術影響力較大的核心學者，其研究成果受到同行的普遍重視和跟進，而此前主要以獨立、分散的研究為主。而2015年出現的ESI化學領域熱點論文，說明該研究方向對于燃料電池乃至整個化學領域都具有較大的影響力。

按出版物統計了論文分布情況，發現Pt基核殼電催化劑的論文分布在120種SCI-E期刊中，其中發文量前列的依次為J POWER SOURCES（近五年平均IF 6.227/ JCR期刊評分1.128）～8.45%、INT J HYDROGEN ENERG（3.659/ 0.619）～7.49%、ELECTROCHIM ACTA（4.578/ 0.886）～6.72%、J PHYS CHEM C（5.295/ 1.234）～6.53%、J AM CHEM SOC（11.726/3.286）～3.45%和J AM CHEM SOC（3.268/ 0.744）～3.45%。另外，載文于學術影響力最高的期刊為NAT MATER（44.046/17.85），分別是Alayoglu等[1]有關Ru@Pt（2008年）和Wang等[9]有關的Pt3Co@Pt（2013年）的研究。

4 Pt基核殼電催化劑的重要學術成果

4.1 近兩年熱點成果

Wang等[8]以二十面體Pd為內核，制備了殼層平均為2.7個原子厚度的二十面體Pd@Pt催化劑（圖5），并證實該催化劑對ORR的催化活性提高了7倍，10，000圈循環測試后，活性依然是商用催化劑的4倍。該成果載文在NAT COMMUN（近五年平均IF 11.904/JCR期刊評分17.85）上。該研究成果被廣泛關注，反映了多面體內核+特殊形貌結構Pt殼層的核殼形式可能成為今后Pt基核殼催化劑的重要發展方向。

4.2 高影響力研究成果

2008年：①Alayoglu等[6]基于第一性原理設計了Ru@Pt 1-2L，并通過測試證實其優異的抗CO毒化能力；②Mani等[10]采用電化學溶出的方法制備了以富Pt為殼層的PtCu合金催化劑，該催化劑對ORR的催化性能較優異；③Wen等[11]以SBA-15為模板用原位沉積法制備了微孔炭包覆Pt的核殼催化劑，用作DMFC陰極催化劑時表現出較好的催化性能。

2010年：①Wang等[12]制備了Pt修飾的PdCo@Pd/C催化劑，與Pt/C相比，該催化劑對ORR的催化活性和抗甲醇毒化能力都明顯提高；②Sasaki等[13]制備了Pd@單層Pt，全電池循環測試200，000次的結果顯示，Pt無損失，而Pd損失明顯；③Chen等[14]研究了以富Pt為殼層的PtXCo催化劑用作膜電極陰極催化劑時，在電化學反應過程中的微觀組成及結構的變化。

2011年：①Nguyen等[15]制備了聚（乙烯基吡咯烷酮）（PVP）保護的PtPd二元合金核殼催化劑，并測試了其對DMFC的催化活性；②Maeseneer等[16]在Pd納米線（直徑2.0±0.5 nm）上沉積了單層Pt形成Pd@Pt電催化劑，擔載在Vulcan XC-72碳粉上進行電化學測試，顯示該催化劑對ORR的耐久度優異；③Wang等[17]制備了碳擔載的近核殼結構PdCu@Pt，對醇氧化和ORR的催化活性都有所提高。

2012年：Chen等[18]制備了PANI（聚苯胺）修飾的Pt/C催化劑Pt/C@PANI，相對于未修飾的Pt/C，具有更高的催化活性和穩定性，而PANI 殼層厚度對ORR的催化活性有很大的影響（5nm時最優），其催化活性的提高解釋為催化劑的核殼結構提高了電子遷移率。

2013年：Wang等.[8]制備了殼層為2-3原子層厚度的Pt3Co@Pt催化劑，對比Pt3Co和Pt/C催化劑，其Pt質量比活性提高一倍，面積比活性提高300%，5，000圈循環伏安測試也顯示其優良穩定性。

2014年：Xie等[19]在Pd納米方體上一層層地沉積Pt，得到Pd@Pt-nL（n=1-6）催化劑并測試了其對ORR的活性，發現Pd@Pt 2-3L的面積比活性最佳，而Pd@Pt-1L的Pt質量比活性最佳。

2015年：①Cao等[20]用逐步還原法制備了不同原子配比的碳載Ag@Pt（約3.0nm），該催化劑對甲醇氧化和ORR的催化活性都有明顯提高；②Lai等[21]采用多步晶體生長法在Pd納米空心球上生長了Pt納米棒，制備了Pd納米空心球洞@Pt納米棒，抗CO毒化性能和催化活性都優于商用Pt/C（JM）。

圖5 高影響力研究成果時間軸

Fig.5 Time axis of high impact research of Pt based core-shell catalysts

5 文獻調研的結論與展望

根據以上文獻調研結構，Pt基核殼結構催化劑的研究特點包括：（1）相關研究近年呈現階躍式發展趨勢，其研究成果在燃料電池乃至整個化學領域都有較大的影響力；（2）以非Pt/低Pt合金為內核、Pt/富Pt合金為殼層的結構形式是主流結構形式；（3）尋求具有高穩定性以及協同作用的合金體系是組分體系研究的主要目標，越來越多的研究圍繞多元合金體系進行，核@殼@殼的多層結構形式近年來陸續出現；（4）人們的注意力從簡單的金屬組分體系研究，逐漸轉移至在納米尺度上對金屬催化劑的結構進行設計，制備具有特殊形貌的核殼結構催化劑。

6 總結

文章基于SCIE和ESI數據庫，對Pt基核殼結構催化劑進行了深入的文獻調研，為科研團隊提供了全面而深入的科技情報信息，為其快速制定科研發展計劃提供了重要的參考信息。本案例作為圖書館開展深層次學科服務，為同行提供參考。

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