A considerable amount of platinum (Pt) is required to ensure an adequate rate for the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells and metal-air batteries. Thus, the implementation of atomic Pt catalysts holds promise for minimizing the Pt content. In this contribution, atomic Pt sites with nitrogen (N) and phosphorus (P) co-coordination on a carbon matrix (PtNPC) are conceptually predicted and experimentally developed to alter the d-band center of Pt, thereby promoting the intrinsic ORR activity. PtNPC with a record-low Pt content (≈0.026 wt %) consequently shows a benchmark-comparable activity for ORR with an onset of 1.0 V_RHE and half-wave potential of 0.85 V_RHE. It also features a high stability in 15 000-cycle tests and a superior turnover frequency of 6.80 s⁻¹ at 0.9 V_RHE. Damjanovic kinetics analysis reveals a tuned ORR kinetics of PtNPC from a mixed 2/4-electron to a predominately 4-electron route. It is discovered that coordinated P species significantly shifts d-band center of Pt atoms, accounting for the exceptional performance of PtNPC.

中文翻译：

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通过局部协调调谐设计 d 波段中心来增强 Pt 原子位点的内在 ORR 活性

需要大量的铂 (Pt) 来确保燃料电池和金属空气电池中氧还原反应 (ORR) 的足够速率。因此，原子 Pt 催化剂的实施有望最大限度地减少 Pt 含量。在这一贡献中，在碳基质 (PtNPC) 上具有氮 (N) 和磷 (P) 配位的原子 Pt 位点被概念性地预测和实验开发以改变 Pt 的 d 带中心，从而促进固有的 ORR 活性。PtNPC 具有创纪录的低 Pt 含量（≈0.026 wt %），因此显示出与基准相当的 ORR 活性，起始电压为 1.0 V _RHE，半波电位为 0.85 V _RHE。它还具有在 15 000 次循环测试中的高稳定性和 6.80 s ^-1的卓越翻转频率在 0.9 V _{RHE 时}。Damjanovic 动力学分析揭示了 PtNPC 从混合 2/4 电子到主要 4 电子路线的调整 ORR 动力学。发现配位的 P 物质显着改变了 Pt 原子的 d 带中心，这是 PtNPC 优异性能的原因。