直接乙醇燃料電池（DEFCs）作為一種無(wú)毒、低腐蝕、高能量和高功率密度的能量轉(zhuǎn)換裝置被廣泛研究，但開(kāi)發(fā)用于負(fù)極上的完全乙醇氧化反應(yīng)和正極上的加速氧還原反應(yīng)的高活性和耐用的催化劑仍然具有挑戰(zhàn)性。
基于此，美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)楊陽(yáng)教授（通訊作者）等人報(bào)道了一種Pd/Co@N-C催化劑，作為模型系統(tǒng)研究固體-固體界面的協(xié)同作用和工程。Pd與Co@N-C界面的強(qiáng)催化劑支持和電子效應(yīng)賦予Pd的缺電子狀態(tài)，增強(qiáng)了電子轉(zhuǎn)移，提高了活性/耐久性。Pd/Co@N-C在直接乙醇燃料電池中可提供438 mW cm?2的最大功率密度，可以穩(wěn)定運(yùn)行1000 h以上。在文中，作者提出了Pd/Co@N-C催化劑的提高收率機(jī)理和電子轉(zhuǎn)移途徑。在Pd/C、Pd/N-C和Pd+Co@N-C表面，甚至在Pt/C表面，提高收率遵循4e途徑，RDS是吸附?；晃搅u基去除，最終產(chǎn)物為醋酸。對(duì)于乙醇氧化反應(yīng)（EOR），Pd/Co@N-C遵循C1-12e路徑，當(dāng)外加電位高于0.2 VRHE，高Pd負(fù)載時(shí)，Pd/Co@N-C上C-C鍵裂解，遠(yuǎn)低于報(bào)道的Pt/Pd基材料在0.9 VRHE以上時(shí)的C-C鍵裂解。(CHx)ads和COads進(jìn)一步氧化為CO2，應(yīng)用電位增加約0.7 VRHE。COads的氧化變成了RDS，其中OHads是COads氧化所必需的。XPS結(jié)果證明，Pd與Co@N-C載體之間的強(qiáng)電子效應(yīng)，以及Pd/Co@N-C中具有高親氧性的Pd，有助于Oads/OHads的強(qiáng)吸附，從而容易去除COads。此外，在水的存在下，(CHx)ads和COads的氧化在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上都比C-C鍵的裂解更有利。Pd/C、Pd/N-C和物理混合Pd+Co@N-C表明了提高收率的4e途徑，進(jìn)一步證實(shí)了通過(guò)C1-12e途徑實(shí)現(xiàn)完全提高收率的協(xié)同界面。Interface synergism and engineering of Pd/Co@N-C for direct ethanol fuel cells. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-37011-z.https://doi.org/10.1038/s41467-023-37011-z.
