近日，南科大化學(xué)系教授權(quán)澤衛(wèi)課題組在新型納米金屬間化合物領(lǐng)域取得最新進展，該成果發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊《先進材料》（Advanced Materials，IF：25.806）。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903683

對于經(jīng)典的甲酸氧化反應(yīng)，傳統(tǒng)的Pt催化劑表現(xiàn)出較差的電催化性能，這是由于HCOOH發(fā)生脫水步驟導(dǎo)致了CO中毒。因此，促進脫氫步驟將HCOOH直接氧化形成CO2是非常必要的。近年來，一些用于增強甲酸直接氧化路徑的先進催化劑被開發(fā)出來，比如吸附原子修飾的Pt納米晶和Pd基合金等。然而，缺少具有超高質(zhì)量活性和長期穩(wěn)定性的商用催化劑嚴(yán)重限制了直接甲酸燃料電池的廣泛應(yīng)用。

一般來說，甲酸脫水形成CO這一步驟容易發(fā)生于連續(xù)的Pt位點上。形成相互分離的Pt原子位點可以有效地抑制CO的生成，是一種能有效促進甲酸直接氧化性能的策略。目前，Pt基金屬間化合物引起了廣泛的關(guān)注，是極具發(fā)展?jié)摿Φ拇呋瘎╊愋?。相比常見的無序合金，金屬間化合物具有相互分離的Pt原子位點、明確的元素組成、長程有序的原子排布、以及優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，利用多元金屬的協(xié)同作用，制備含有兩種元素以上的金屬間化合物有望進一步優(yōu)化催化性能。然而，金屬間化合物的形成往往需要較高的反應(yīng)溫度或者強還原劑，這使得金屬間化合物的形貌和組分調(diào)控十分困難。特別對于三元金屬間化合物，其合成、表征和機理研究更為復(fù)雜，在甲酸電氧化領(lǐng)域相關(guān)研究鮮有報道。

Pt45Sn25Bi30三元金屬間化合物納米盤的結(jié)構(gòu)表征

權(quán)澤衛(wèi)課題組提出用一鍋濕化學(xué)法制備了新型的三元金屬間化合物-PtSnBi納米盤。雙球差電鏡表征表明三種金屬原子均勻有序地分布。得益于三種金屬的協(xié)同作用，PtSnBi納米盤的甲酸氧化性能明顯優(yōu)于二元PtBi和PtSn金屬間化合物。其中，Pt45Sn25Bi30納米盤的催化活性高達4394 mA mg-1Pt，并在4000圈循環(huán)后保留了78%的初始活性，該性能是目前甲酸氧化電催化劑的最好性能之一。理論計算進一步表明，PtSnBi納米盤的電子效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)有助于抑制CO中間產(chǎn)物的生成和優(yōu)化脫氫步驟，從而顯著促進了甲酸直接氧化性能。本工作為多元金屬間化合物催化材料的研發(fā)開辟了一條新途徑。

PtSnBi金屬間化合物納米盤的甲酸氧化催化性能

該研究工作中，南方科技大學(xué)為唯一單位，權(quán)澤衛(wèi)教授為通訊作者，化學(xué)系博士后羅水平為論文第一作者，2017級博士生陳雯和2016級本科生程瑜為論文的共同第一作者。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金，深圳市科創(chuàng)委、深圳市發(fā)改委，南科大校長基金、博士后科學(xué)基金等項目支持。