甲酸氧化反應(FAOR)催化劑是直接甲酸燃料電池(DFAFCs)的重要組成部份。Pt基催化劑是化學反應中有效的催化劑，但由於反應中間體(HCOO*和COOH*)的高能壘以及與Pt合金催化劑相關的CO中毒問題，開發高效、耐CO的鉑(Pt)催化劑是一項具有挑戰性的工作。事實上，Pt基合金催化劑具有很強的FAOR活性的晶相依賴性。例如，六角形Pt合金可以破壞原始連續Pt原子的晶格排列以減弱CO*的吸附，而立方Pt合金可以保持其優異的固有效能，同時對許多電催化反應中間體和氫氧反應中間體具有很強的吸附能力。因此，構建晶相協同Pt合金催化劑可以是一種有效和通用的方法，同時改善CO溢位和直接FAOR中間體的吸附，以最終提高FAOR活性。
近日，
廈門大學陳南君
和
黃小青
等透過一步兩相策略成功地構建了六方/立方晶相協同PtPb/C (
h/c
-PtPb/C)催化劑，並揭示了相應的FAOR機理。結果表明，這種
h/c
相協同策略可以同時賦予
h/c
-PtPb/C優異的FAOR活性和較高的CO耐受性。具體而言，一方面，
h/c
-PtPb/C中的
h
-PtPb相可以抑制CO的間接通路，實作CO的溢位；另一方面，原位FTIR結果表明，
h/c
-PtPb/C中的
c
-PtPb相能有效地啟用FAOR直接中間體(HCOO*和COOH*)的吸附，並促進其FAOR活性。同時，DFT計算進一步表明，
h/c
-PtPb具有較低的HCOO*和COOH*吸附能壘，但具有較高的CO*生成勢壘。
效能測試結果顯示，
h/c
-PtPb/C的FAOR質素活性和比活性分別為8.1 A mgPt−1和23.9 mA cm−2，遠高於單相PtPb催化劑(
h
-PtPb/C和
c
-PtPb/C)，是商業Pt/C (0.125 A mgPt−1，0.253 mA cm−2)的64.5倍和94.5倍。此外，
h/c
-PtPb/C基MEA在80℃條件下實作了258.7 mW cm-2的峰值功率密度，進一步證明了其在DFAFC中的潛在套用。總的來說，該項工作證實了透過Pt合金的相工程對於提升反應效能的可行性，對下一代高效耐CO FAOR催化劑的設計提供了指導。
A biphasic strategy to synergistically accelerate activation and CO spillover in formic acid oxidation catalysis. Nano Letters, 2024.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02074
