《Rare Metals》 Cu掺杂Pd₇Te₃纳米线在碱性条件下的甲醇氧化性能研究

Mengqian Li,⁺ Zequn Han,⁺ Juncheng Zhu,⁺ Dongpo He,  Qing Hu, Wenya Fan, Qinyuan Hu, Xingchen Jiao,^* Qingxia Chen^*

随着全球能源危机的加剧，碱性直接甲醇燃料电池（ADMFC）作为一种有前景的替代能源形式，引起了人们的广泛关注。甲醇被称为具有高能量密度的液态阳光，可以方便地储存和运输。此外，碱性电解质体系意味着更快的阳极甲醇氧化和阴极氧气还原动力学，同时能够有效抑制甲醇渗透。但是，ADMFC大规模商业化应用仍然受到电催化剂活性低、中毒严重以及目前常用铂基催化剂材料成本高的阻碍。因此，开发高效耐用的电催化剂，特别是非Pt但具有类Pt性能的电催化剂，在ADMFC的应用中起着至关重要的作用。近年来，钯（Pd）纳米材料因其d带填充了一半以上的电子结构与Pt相似以及因此具有的优异性能而吸引了大量的研究兴趣，已成为甲醇氧化的一种很有前途的阳极电催化剂。此外，Pd的储量比Pt高50倍，对于实际的商业化也有很大的经济优势。事实上，单质钯倾向于优先吸附CO，导致钯活性位点中毒，活性和稳定性下降。因此，进一步提高甲醇氧化活性和削弱CO中间体在金属钯催化剂上的吸附仍然是一个非常具有挑战性的课题。

基于此本文提出了一种简单的一步水热法在Pd₇Te₃ NWs上进行Cu掺杂修饰（Cu/Pd₇Te₃ NWs）的策略，这可以同时促进CO*的脱附和OH的吸附，不断更新甲醇氧化的活性位点。此外，掺杂Pd位点上增强的OH吸附将电子传递给CO*和其他碳质中间体，这是快速氧化并及时有效去除CO*和其他碳质中间体的关键。Cu/Pd₇Te₃ NWs在碱性条件下的MOR活性为1.68 A mg^-1，分别比未掺杂的Pd₇Te₃ NWs和商用Pd/C催化剂高1.83倍和2.85倍。此外，Cu掺杂显著提高了纳米线对CO*和其他碳质中间体的抗中毒能力，使其优于未掺杂的Pd₇Te₃ NWs和商业Pd/C，这使得Cu/Pd₇Te₃ NWs成为一种高活性和稳定的MOR催化剂。这项工作有力地证明了杂原子掺杂工程可以作为一种有效的策略来调节催化剂的电子结构，在原子尺度上进行设计和定制，有助于在碱性介质中开发高活性和耐用的ADMCF阳极催化剂。本工作发表在《Rare metals》上。

图1：Cu/Pd₇Te₃ NWs催化剂上甲醇氧化机理。