北化工Small：富钌边缘的PtCuRu纳米花用于高效燃料电池电催化

直接醇燃料电池因其易于储存、能量密度高、环境友好等优点被认为是极具前景的能源供应器件，甲醇氧化反应和乙醇氧化反应作为直接甲醇燃料电池和直接乙醇燃料电池的关键阳极反应，存在动力学缓慢和催化剂不稳定的问题，严重阻碍了直接醇燃料电池的发展。通过合理的结构设计提高铂基合金的催化活性是解决直接醇燃料电池动力学滞后的关键。

基于此，北京化工大学王洁欣等人通过改变钌的添加量制备出具有不同组成和尺寸的三元PtCuRu纳米花催化剂，PtCuRu纳米花催化剂具有优异的电催化性能和优异的抗中毒能力。

三元PtCuRu 纳米花催化剂是通过简单的方法合成的，优化后的Pt_0.68Cu_0.18Ru_0.14纳米花催化剂具有较高的金属化程度、富Ru边缘和丰富的高指数面。甲醇氧化反应 (7.65 mA cm^-2)和乙醇氧化反应 (7.90 mA cm^-2)的比活性分别是商业Pt/C的6.0倍和7.1倍。CO实验表明，所制备的三元PtCuRu 纳米花催化剂具有良好的抗CO中毒性能。

经过时间安培测试（5000 s）和完整的结构证明了三元PtCuRu 纳米花催化剂优越的稳定性。基于以上讨论，提出电催化活性增强的可能机制，这归因于制备的三元PtCuRu 纳米花催化剂具有较高的金属化程度和富Ru边缘。Pt、Cu、Ru的高金属化程度导致了d带中心的降低，促进了CO的氧化，提高了催化剂的固有活性和抗中毒能力。

此外，Ru的引入不仅加强了对^*OH的吸附，加速了CO的氧化和解吸，而且促进了具有富Ru边缘的三维纳米花结构的形成。这样的结构可以暴露出丰富的高指数晶面，从而相应地降低了形成^*HCOOH（甲醇氧化）和C-C键断裂（乙醇氧化）的能垒，进一步加快了反应动力学，提高了电催化活性。

调整和优化基于Pt的催化剂，从而实现燃料电池反应的超高活性和稳定性是当务之急，Pt和Ru原子晶格不匹配引起的应变效应降低了反应中间体的结合能，并提供了较高的CO抗中毒性。由于元素的异质分布所衍生出的独特的局部协调环境，这种结构容易在边缘暴露出高指数的晶面，为电催化剂提供了丰富的活性位点，提高了其催化活性。

因此，合理设计和制备三维Pt基多金属纳米催化剂是实现高效稳定催化性能的有效策略，本文的三元合金PtCuRu纳米化催化剂为三元合金双功能催化剂的设计与开发提供了可行性。

PtCuRu nanoflowers with Ru-Rich edge for efficient fuel-cell electrocatalysis,Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202204720.

https://doi.org/10.1002/smll.202204720.