프로톤 교환막 연료전지(PEMFC)에서 백금(Pt) 사용을 최소화하는 것은 PEMFC 시장을 확대하는 데 필수적이다. 가장 직접적인 접근법은 Pt 입자의 크기를 줄이는 것이다. 그러나 크기가 특히 <2 nm인 작은 Pt 클러스터는 산소 환원 반응(ORR)에서 흔히 산소 중간체의 과도한 흡착으로 인해 촉진 활성이 감소한다. 또한 이러한 작은 Pt 클러스터는 더 빠르게 열화되는 경향이 있어 내구성이 낮아진다. 본 연구에서는 PEMFC의 캐소드에서 높은 활성과 내구성을 보이는 탄소-지지(탄소 매립) Pt 합금 클러스터 촉매(PtFe, PtCo, PtNi)를 제시한다. 밀도 범함수 이론 계산 결과, 탄소 원자는 PtFe 클러스터의 Fe 자리(사이트)에 안정적으로 흡착하며, 그에 따라 인접한 Pt 자리가 산소 중간체에 대한 최적 흡착 강도를 갖는 ORR 활성 자리로 작용함이 확인되었다. 본 연구는 PEMFC에서의 Pt 사용량을 크게 줄이면서도 내구성과 효율을 갖춘 ORR 촉매 개발을 위한 길을 열 수 있다.

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