Angew. Chem. ：多位点协同调制超小金属间纳米颗粒用于抗中毒氢电氧化反应

氢氧燃料电池具有高效、绿色、零碳排放等优点，是最有发展前景的能源转换装置之一。然而，氢燃料电池的大规模应用仍然受到高成本的Pt基电催化剂在阴极和阳极上使用的挑战。尽管在碱性介质中工作的非贵金属基催化剂的开发降低了对贵金属在阴极氧还原反应中的依赖性，但氢氧化反应(HOR)动力学比在酸性介质中慢了两个数量级以上。此外，虽然工业氢中一氧化碳(CO)杂质含量低，但仍会对Pt基催化剂造成严重毒化，而氢的提纯成本较高。因此，设计具有超高贵金属原子利用率的高效耐中毒电催化剂，对推动氢氧燃料电池的实用化具有迫切而重要的意义。

近日，厦门大学李剑锋教授、董金超教授团队开发了一种三元Pt基超小纳米金属间化合物用于高效氢氧化反应抗CO毒化。

通过传统的浸渍/退火的方法，成功制备出(Pt_0.9Rh_0.1)₃V/C三元金属间化合物。过渡金属V与贵金属形成金属间化合物结构，通过调节贵金属的电子结构，有效的同时削弱H*和CO*在活性位点上的吸附。亲氧金属Rh的引入，增强了OH*的吸附，形成双功能效应。两种策略共同在提高氢氧化反应活性的同时削弱了CO的吸附，从而提升氢氧化反应中对CO毒化的抗性。

为了揭示CO*耐受性与催化剂结构之间的关系，采用电化学壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱对CO的吸附和电氧化进行了原位研究。(Pt_0.9Rh_0.1)₃V/C 上CO*相关的信号在0.8 V完全消失，小于Pt/C的0.9 V，这一结果与CO stripping结果一致。通过在相同电位下CO*吸附频率的对比，证明了应力效应有效的削弱了CO*的吸附。通过DFT计算进一步证明了(Pt_0.9Rh_0.1)₃V/C的反应中间物种和毒化物种吸附能的有效优化，从而有效提高氢氧化反应活性的同时提升CO的抗性。

通过对多种中间体吸附行为的优化，(Pt_0.9Rh_0.1)₃V/C三元金属间纳米颗粒具有高活性和耐HOR中毒能力。本研究提供了一种通过优化不同中间体的吸附来提高电催化性能的有效策略。

论文信息

Synergistic Modulation of Multiple Sites Boosts Anti-Poisoning Hydrogen Electrooxidation Reaction with Ultrasmall (Pt_0.9Rh_0.1)₃V Ternary Intermetallic Nanoparticles

Yu-Cheng Hou, Dr. Tao Shen, Kan Hu, Xue Wang, Qing-Na Zheng, Dr. Jia-Bo Le, Prof. Jin-Chao Dong, Prof. Jian-Feng Li

文章的第一作者为厦门大学的硕士研究生侯昱呈、博士后申涛和硕士研究生胡侃

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202402496