厦大Nano Lett.: 构建六方/立方晶相PtPb/C，两相协同加速甲酸氧化和CO溢出

催化开天地 · 公众号 · · 2024-07-16 08:21

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甲酸氧化反应(FAOR)催化剂是直接甲酸燃料电池(DFAFCs)的重要组成部分。Pt基催化剂是化学反应中有效的催化剂，但由于反应中间体(HCOO*和COOH*)的高能垒以及与Pt合金催化剂相关的CO中毒问题，开发高效、耐CO的铂(Pt)催化剂是一项具有挑战性的工作。事实上，Pt基合金催化剂具有很强的FAOR活性的晶相依赖性。例如，六角形Pt合金可以破坏原始连续Pt原子的晶格排列以减弱CO*的吸附，而立方Pt合金可以保持其优异的固有性能，同时对许多电催化反应中间体和氢氧反应中间体具有很强的吸附能力。因此，构建晶相协同Pt合金催化剂可以是一种有效和通用的方法，同时改善CO溢出和直接FAOR中间体的吸附，以最终提高FAOR活性。

近日， 厦门大学陈南君 和 黄小青 等通过一步两相策略成功地构建了六方/立方晶相协同PtPb/C ( h/c -PtPb/C)催化剂，并揭示了相应的FAOR机理。结果表明，这种 h/c 相协同策略可以同时赋予 h/c -PtPb/C优异的FAOR活性和较高的CO耐受性。

具体而言，一方面， h/c -PtPb/C中的 h -PtPb相可以抑制CO的间接通路，实现CO的溢出；另一方面，原位FTIR结果表明， h/c -PtPb/C中的 c -PtPb相能有效地激活FAOR直接中间体(HCOO*和COOH*)的吸附，并促进其FAOR活性。同时，DFT计算进一步表明， h/c -PtPb具有较低的HCOO*和COOH*吸附能垒，但具有较高的CO*生成势垒。

性能测试结果显示， h/c -PtPb/C的FAOR质量活性和比活性分别为8.1 A mg _Pt ⁻¹ 和23.9 mA cm ⁻² ，远高于单相PtPb催化剂( h -PtPb/C和 c -PtPb/C)，是商业Pt/C (0.125 A mg _Pt ⁻¹ ，0.253 mA cm ⁻² )的64.5倍和94.5倍。

此外， h/c -PtPb/C基MEA在80℃条件下实现了258.7 mW cm ^-2 的峰值功率密度，进一步证明了其在DFAFC中的潜在应用。总的来说，该项工作证实了通过Pt合金的相工程对于提升反应性能的可行性，对下一代高效耐CO FAOR催化剂的设计提供了指导。