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这个反应，一天连发两篇Nature Catalysis！

时间：2023-09-05 来源：浏览：

催化计

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氢氧化物交换膜燃料电池（ HEMFC ）是一种极具成本效益的能量转换技术。然而，目前的 HEMFC 需要高负载量的铂族金属（ PGM ）催化剂，特别是对于氢氧化反应。

近日， 洛桑联邦理工学院 Hu Xile 、南卡罗来纳大学 William E. Mustain 开发了一种在碱性条件下具有高质量活性的多孔氮掺杂碳支持的 PtRu 氢氧化反应催化剂（ PtRu/pN-C ）。

光谱和微观数据表明，除了 PtRu 纳米颗粒外， pN-C 上还存在 Pt 单原子。机理研究表明， Ru 调节 Pt 的电子结构以获得最佳的氢结合能，而 pN-C 上的 Pt 单原子优化了界面水结构。这些协同相互作用是该催化剂具有高催化活性的原因。

在 HEMFC 中，该催化剂和商业 Fe–N–C 氧还原反应催化剂实现了高 PGM 利用率，并且在 0.65 V 时的电流密度高达 1.5 A. cm ⁻² ，这超过了美国能源部 2022 年的目标（ 1 A. cm ⁻² ）。

Weiyan Ni et.al Synergistic interactions between PtRu catalyst and nitrogen-doped carbon support boost hydrogen oxidation Nature Catalysis 2023

DOI: 10.1038/s41929-023-01007-1

https://doi.org/10.1038/s41929-023-01007-1

合理设计具有高效利用铂族金属位点的氢氧化反应（ HOR ）电催化剂对氢燃料电池至关重要，但由于氢中间体（ H* ）在单个金属中心的解吸具有较高的能垒，因此其仍然是燃料电池的主要挑战。

在这里， 香港城市大学 Liu Bin 、苏州科技大学 Yang Hongbin 、北京理工大学 Li Yujing 、南方科技大学 Wang Yanggang 、厦门大学 Tao Huabing 报道了原子金属 - 非金属催化对驱动氢氧化催化。

作者报道了具有强电子耦合的原子分散铱 - 磷（ Ir–P ）催化对，其促进了 HOR 动力学，其中吸附在亲氧 P 位点上的活性羟基物种可以很容易地与相邻 Ir 原子上的 H* 结合，而分离的单原子 Ir 催化剂是非活性的。

在 H ₂ –O ₂ 燃料电池中，该催化剂的峰值功率密度为 1.93 W cm ⁻² ，阳极质量活性高达 17.11 A. mg _Ir ⁻¹ ，这显著优于商用 Pt/C 。该工作不仅推动了燃料电池阳极催化剂的开发，而且为多中间体催化提供了一个精确而通用的活性位点设计策略。

Qilun Wang et.al Atomic metal–non-metal catalytic pair drives efficient hydrogen oxidation catalysis in fuel cells Nature Catalysis 2023

DOI: 10.1038/s41929-023-01017-z

https://doi.org/10.1038/s41929-023-01017-z

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