近日，我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院綠色催化與傳感創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域國(guó)際頂刊《Advanced Materials》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，影響因子26.8）上發(fā)表題為“Twinning Strain-induced Pathway Switching on PtPdRuFe Nanoflowers Enables Efficient Formic Acid Oxidation”的研究論文。我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院付文升教授、王燚教授、聶瑤教授為論文通訊作者，碩士研究生萬(wàn)家樂(lè)為論文第一作者，重慶師范大學(xué)為第一署名單位。
在全球能源危機(jī)與“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下，氫能經(jīng)濟(jì)正以前所未有的速度崛起。作為一種頗具前景的液態(tài)氫載體直接發(fā)電技術(shù)，直接甲酸燃料電池（DFAFC）憑借理論電壓高（1.48 V）、能量密度可觀(guān)、燃料安全易儲(chǔ)運(yùn)等優(yōu)勢(shì)，被視為便攜設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)及分布式發(fā)電的理想動(dòng)力源。然而，其商業(yè)化進(jìn)程受限于陽(yáng)極甲酸氧化反應(yīng)（FAOR）動(dòng)力學(xué)緩慢，以及現(xiàn)有催化劑易受CO中毒的困擾。傳統(tǒng)Pt基催化劑上的FAOR通常存在兩條路徑：一是直接脫氫生成CO?的“直接路徑”（HCOOH → HCOO* → CO? + 2H+ + 2e-），二是經(jīng)脫水步驟生成CO*中間體的“間接路徑”（HCOOH → COOH* → CO* + H?O）。商業(yè)Pt催化劑雖然活性尚可，但易促使FAOR走間接路徑生成強(qiáng)吸附的CO*“毒物”，造成催化劑迅速失活。盡管通過(guò)合金化策略形成Pt基合金能在一定程度上削弱CO*鍵合，但仍難以將FAOR導(dǎo)向直接路徑，CO*誘導(dǎo)的失活風(fēng)險(xiǎn)依然存在。
為此，本研究通過(guò)在PtPdRuFe納米花（NFs）中運(yùn)用孿晶界（TBs）工程，成功將甲酸的主要氧化路徑轉(zhuǎn)向至直接脫氫。引入的豐富孿晶界在納米花內(nèi)部誘發(fā)局部拉伸應(yīng)變，有效調(diào)制了所有組成金屬的d軌道電子結(jié)構(gòu)，這對(duì)重新定向過(guò)渡態(tài)中間體的形成至關(guān)重要。具體而言，這種電子優(yōu)化使得Pt與Fe位點(diǎn)對(duì)HCOO*中間體的吸附親和力顯著強(qiáng)于COOH*，從而推動(dòng)反應(yīng)優(yōu)先沿理想的脫氫路徑進(jìn)行。同時(shí)，Ru/Fe位點(diǎn)對(duì)OH*的吸附能力增強(qiáng)，加速了CO*中間體的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步消除了由CO*引起的毒化與失活問(wèn)題。得益于上述協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，所制備的孿晶PtPdRuFe納米花展現(xiàn)出顯著提升的催化活性與耐久性，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于非孿晶對(duì)照樣品及基準(zhǔn)Pt/C催化劑。該研究首次在多元金屬體系中建立了納米孿晶結(jié)構(gòu)與優(yōu)異甲酸氧化性能之間的明確關(guān)聯(lián)，為高效催化劑的設(shè)計(jì)提供了新范式。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202523390
