Nature子刊：单原子甲醇氧化，活性是商业铂碳的15倍！

铂是直接甲醇燃料电池中最有效的阳极甲醇氧化反应(MOR)催化剂。铂的电催化活性高度依赖于其几何结构和周围环境。为了提高MOR活性和减少Pt的负载，传统的策略集中在以下两方面：

1. 调整Pt的结构和/或形态(例如，通过制造空心/框架或核壳Pt);

2. 与其他元素(如Co, Ni, Sn, Bi等)复合。

然而，这些催化剂中的铂通常是直径大于1 nm的纳米粒子，导致质量活性不理想。此外，在MOR中，铂纳米颗粒容易被吸附中间体(CO_ads)毒化，导致活性损失。因此，开发新型高活性、抗中毒的Pt基MOR电催化剂具有重要的现实意义和基础意义。

单原子催化剂(SACs)是目前新兴的一类催化剂，对许多电催化反应具有非凡的活性，包括OER和HER，以及O₂，CO₂和N₂还原，氢和甲酸氧化。Pt SACs具有充分利用Pt原子和良好的CO氧化能力。然而，MOR中甲醇的电化学脱氢生成CO需要至少三个相邻的Pt原子。此外，有报道称碳纳米管上铂单原子组成的SACs对MOR无活性。但值得注意的是，这些研究只关注Pt活性中心而不是整个催化剂，忽视了Pt周围的环境。因此，提高单原子Pt对MOR的活性是一个具有科学意义和挑战性的课题。

香港科技大学的Francesco Ciucci课题组对单原子Pt的MOR反应活性进行了深入的研究，开发了对MOR反应具有良好催化活性的催化剂，成果发表在Nature Communications上。

作者设计了两种类型的Pt单原子催化剂，通过简单的吸附-浸渍法制备方法，将单个Pt原子固定在RuO₂和炭黑(VFC-72)上，分别得到Pt₁/RuO₂和Pt₁/VFC-72。作者发现Pt₁/RuO₂在碱性介质中对甲醇氧化具有良好的电催化活性，其质量活性是商业Pt/C的15.3倍（6766 vs. 441 mA mg^-1_Pt）。相比之下，炭黑上的单原子Pt是惰性的。此外，Pt₁/RuO₂的质量活性优于之前开发的大多数Pt基催化剂。Pt₁/RuO₂对CO中毒具有很高的耐受性，从而具有出色的催化稳定性。从头算模拟和实验表明，Pt-O_3f(3重配位键合O)-Ru_cus（配位不饱和Ru）键与Pt₁/RuO₂中未配位的桥接O的存在有利于甲醇的电化学脱氢，具有比Pt-C和Pt-Ru较低的能垒和起始电位。

这一发现为探索MOR及相关醇氧化反应的Pt SACs提供了途径。

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