《Sci. China Chem.》 用于甲醇氧化反应的高指数晶面锯齿状PtPdTe纳米管
Qing Hu,+ Peipei Li,+ Mengqian Li,+ Jiacong Wu, Jinyu Ding, Wenya Fan, Qinyuan Hu, Qingxia Chen,* and Xingchen Jiao*
铂基纳米材料因其在酸性条件下对直接甲醇燃料电池（DMFC）表现出卓越的电催化性能而备受关注。近年来，碱性直接甲醇燃料电池（ADMFC）因其显著增强的动力学特性和降低的甲醇渗透性，逐渐成为研究热点。然而，ADMFC的广泛应用仍面临诸多挑战，其中催化剂活性和稳定性不足尤为突出，这主要归因于碱性介质中催化剂表面强烈的CO吸附。研究表明，将铂（Pt）纳米结构催化剂与钯（Pd）等贵金属合金化，可显著提升其在碱性条件下的甲醇氧化反应（MOR）性能。Pd原子的掺入能够改变Pt的电子结构和表面性质，进而影响反应物和中间体的吸附与活化过程。这种变化促进了电子转移，从而提高了电催化性能。此外，Pd的亲氧性有助于水（H2O）的解离以及羟基（OH）物种在较低电位下的吸附，这有利于CO从活性位点的脱附。
除了组分调控，结构设计、尤其是表面微环境的优化，对于性能提升同样至关重要。高指数晶面因其复杂的表面形态和特性（如丰富的原子台阶、低配位数以及多种应力集中点）而显著增强电催化动力学。因此，与传统主要具有低指数晶面的Pd合金相比，富含高指数晶面的结构能够显著提升对MOR的催化活性。合理设计具有理想表面结构的催化剂已被证实是调节Pd基MOR催化剂催化活性和抗CO中毒能力的有效策略。然而，合成具有高指数晶面的Pd基合金以进一步提高Pd利用率，仍然是一个亟待解决的挑战。
在此，我们提出了一种简单的溶剂热合成方法，用于制备表面富含高指数晶面的锯齿状PtPdTe纳米管（NTs）。通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像和高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像，揭示了锯齿状PtPdTe NTs的表面原子结构，其特征为频繁的原子台阶和边缘，以及（311）和（331）等高指数晶面。在碱性溶液中，这些锯齿状PtPdTe NTs对MOR的质量活性达到了4.20 A mg–1，优于具有低指数晶面的光滑PtPdTe NTs，并且比商业Pd/C催化剂高出6.7倍。密度泛函理论（DFT）计算表明，这些高度暴露、低配位的活性位点在锯齿状表面上优化了MOR过程中的CO解吸和OH吸附（见示意图1）。本工作不仅介绍了一种制备锯齿状Pd基合金NTs的简单方法，还突出了高指数晶面在增强电催化性能方面的重要性。该成果已发表于《Sci. China Chem.》。
示意图1. 锯齿状PtPdTe NTs中高指数晶面增强碱性MOR性能的示意图。
