Pt-Ru无序合金中特征原子的xiPt和xiRu随成分xRu的变化
近年来，由于世界性能源危机和环境污染日趋严重，具有能量密度高、无腐蚀、工作温度低、无污染等优点的质子交换膜燃料电池(PEMFC)成为研究的热点，被称为是第 4 代发电技术，被公认为是21世纪汽车内燃机最有希望的取代者。电催化剂是其最重要的组成部分。目前，电催化剂仍以铂系为主。但由于Pt系催化剂价格昂贵、利用率低、资源匮乏，造成PEMFC成本很高，制约其商品化。Pt-Ru合金催化剂通过Pt和Ru的协同作用大大减少了Pt的用量，提高了电催化剂抗CO的性能。寻找廉价催化剂，提高催化剂性能是我们研究的主要目标。谢佑卿教授建立了系统合金科学(SSA)框架，它由纯金属系统科学，合金物理与化学和合金统计热力学三部分组成。其核心内容是纯金属单原子理论(OA)和合金特征晶体理论(CC)。
为此，中南大学彭红建等人依据特征晶体理论(CC)确定Pt-Ru合金系中的特征原子序列和特征晶体序列的电子结构、势能、原子体积、晶格常数和结合能等，研究合金催化剂的稳定性、催化性能及成分配比；计算Pt-Ru有序合金中Pt和Ru配比分别为3：1，1：1和1：3的合金的势能和晶格常数，并分析组元Pt的组态变化；计算Pt-Ru无序合金的平均性质和组元Pt的电子结构。研究结果表明：随着Ru含量的增加，势能降低，合金稳定性增强，晶格常数随之减小，组元Pt的d空穴增加，提高了催化活性；合金中Pt与Ru的最佳原子个数之比约为1：1。