中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心及化學與材料科學學院的曾杰教授團隊和國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作，通過精準的氧化刻蝕，調控鈀鉑合金的形貌和組分，設計并構筑出了超立方體框架結構催化劑，其在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發表在《美國化學會志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。該研究團隊受三維立方體向四維超立方體演變的啟發，將鈀鉑均勻合金立方體進行氧化刻蝕，通過精準調控鈀原子的去除和余下鈀原子與鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結構（圖 1）。此外，通過調節初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例，還可以得到八足體和立方框架結構。在氫氧燃料電池陰極催化測試中，立方框架結構、超立方體結構和八足體結構的單位質量活性分別達到了商用鉑碳催化劑的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方體結構催化劑還表現出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和優異的性能穩定性。密度泛函理論計算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優值，這一趨勢與實際測試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設計理念為今后相關電催化劑的設計提供了新的思路。