3月20日，《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）在線刊發了化學與化工學院王得麗教授團隊的最新研究成果“超小高熵金屬間化合物穩定稀釋活性位點實現高效甲酸電氧化” （Stabilizing Diluted Active Sites of Ultrasmall High-Entropy Intermetallics for Efficient Formic Acid Electrooxidation, DOI: 10.1002/anie.202403260）
電催化是解決能源與環境問題的關鍵技術之一，然而電催化劑特別是高性能的貴金屬基材料易受雜質或毒性中間體的毒化失效。直接甲酸燃料電池具有理論電壓大、燃料不易燃、能量密度高等優點，但是陽極的甲酸氧化路徑對Pt的尺寸較為敏感。在純Pt表面易于形成吸附態一氧化碳（CO*）中間體，占據Pt表位點，需要較高的過電位才能將其移除，降低電池輸出效率。而甲酸直接氧化成二氧化碳傾向于在稀釋的Pt位點上進行，過電位較小。傳統的雙金屬催化劑對提升甲酸直接氧化反應路徑的選擇性取得了一定成效，但是穩定性與貴金屬利用率的提高仍然存在很大的挑戰。金屬間化合物與高熵合金分別具有高選擇性與高穩定性的優點，但是前者制備過程中需要高溫處理導致顆粒聚集，而后者很難在隔絕表面的貴金屬間的配位。
圖1. 超小高熵金屬間化合物設計策略與抗CO*毒化機制示意圖
針對上述問題，王得麗教授團隊提出通過結合金屬間化合物與高熵合金的優勢制備超小高熵金屬間化合物的策略，以獲得兼具有高選擇性、高穩定性與高原子利用率的甲酸電氧化催化劑。通過以PtFe為基體，引入高熔點的Ir/Ru元素抑制催化劑的燒結，引入Pd與Pt作為活性位點，引入Cu與Fe調控貴金屬電子結構并稀釋活性位點。結構表征證實形成L10型的六元高熵金屬間化合物，并且平均尺寸小于2 nm，貴金屬與非貴金屬具有相應的占位。與純Pt相比，高熵金屬間化合物選擇性顯著改善，比活性得到一個數量級地提升；與常規二、三元金屬間化合物相比，穩定性明顯改善，電流衰減與非貴金屬溶出得到抑制。理論計算揭示了高熵金屬間化合物良好的CO*抗性與穩定性來自于削弱的CO*結合強度與遲滯擴散速率，而純Pt易于吸附CO*并且CO*擴散較快。該工作為制備小尺寸合金催化劑與提升催化劑的抗毒化能力提供了新的設計思路。
我校為該項工作的第一完成單位及通訊單位，化學與化工學院申濤為該論文的第一作者，王得麗教授為論文唯一通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（22279036）、新能源化學與器件創新基地基金（B21003）的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202403260
