直接醇燃料電池因其易于儲(chǔ)存、能量密度高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是極具前景的能源供應(yīng)器件，甲醇氧化反應(yīng)和乙醇氧化反應(yīng)作為直接甲醇燃料電池和直接乙醇燃料電池的關(guān)鍵陽(yáng)極反應(yīng)，存在動(dòng)力學(xué)緩慢和催化劑不穩(wěn)定的問題，嚴(yán)重阻礙了直接醇燃料電池的發(fā)展。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高鉑基合金的催化活性是解決直接醇燃料電池動(dòng)力學(xué)滯后的關(guān)鍵。
基于此，北京化工大學(xué)王潔欣等人通過改變釕的添加量制備出具有不同組成和尺寸的三元PtCuRu納米花催化劑，PtCuRu納米花催化劑具有優(yōu)異的電催化性能和優(yōu)異的抗中毒能力。三元PtCuRu 納米花催化劑是通過簡(jiǎn)單的方法合成的，優(yōu)化后的Pt0.68Cu0.18Ru0.14納米花催化劑具有較高的金屬化程度、富Ru邊緣和豐富的高指數(shù)面。甲醇氧化反應(yīng) (7.65 mA cm-2)和乙醇氧化反應(yīng) (7.90 mA cm-2)的比活性分別是商業(yè)Pt/C的6.0倍和7.1倍。CO實(shí)驗(yàn)表明，所制備的三元PtCuRu 納米花催化劑具有良好的抗CO中毒性能。經(jīng)過時(shí)間安培測(cè)試（5000 s）和完整的結(jié)構(gòu)證明了三元PtCuRu 納米花催化劑優(yōu)越的穩(wěn)定性?；谝陨嫌懻?，提出電催化活性增強(qiáng)的可能機(jī)制，這歸因于制備的三元PtCuRu 納米花催化劑具有較高的金屬化程度和富Ru邊緣。Pt、Cu、Ru的高金屬化程度導(dǎo)致了d帶中心的降低，促進(jìn)了CO的氧化，提高了催化劑的固有活性和抗中毒能力。此外，Ru的引入不僅加強(qiáng)了對(duì)*OH的吸附，加速了CO的氧化和解吸，而且促進(jìn)了具有富Ru邊緣的三維納米花結(jié)構(gòu)的形成。這樣的結(jié)構(gòu)可以暴露出豐富的高指數(shù)晶面，從而相應(yīng)地降低了形成*HCOOH（甲醇氧化）和C-C鍵斷裂（乙醇氧化）的能壘，進(jìn)一步加快了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，提高了電催化活性。調(diào)整和優(yōu)化基于Pt的催化劑，從而實(shí)現(xiàn)燃料電池反應(yīng)的超高活性和穩(wěn)定性是當(dāng)務(wù)之急，Pt和Ru原子晶格不匹配引起的應(yīng)變效應(yīng)降低了反應(yīng)中間體的結(jié)合能，并提供了較高的CO抗中毒性。由于元素的異質(zhì)分布所衍生出的獨(dú)特的局部協(xié)調(diào)環(huán)境，這種結(jié)構(gòu)容易在邊緣暴露出高指數(shù)的晶面，為電催化劑提供了豐富的活性位點(diǎn)，提高了其催化活性。因此，合理設(shè)計(jì)和制備三維Pt基多金屬納米催化劑是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定催化性能的有效策略，本文的三元合金PtCuRu納米化催化劑為三元合金雙功能催化劑的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了可行性。PtCuRu nanoflowers with Ru-Rich edge for efficient fuel-cell electrocatalysis,Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202204720.https://doi.org/10.1002/smll.202204720.
