新疆大学曹亚丽Small：CoPt3@Co2P/Co@NCNT的原位置换合成促进甲醇氧化和析氢

直接用于甲醇燃料电池和同时氢气生产的电催化剂以促进电化学甲醇氧化反应(MOR)是有意义但具有挑战性的。

近日，新疆大学曹亚丽团队制备了海胆状钴嵌入的N掺杂碳纳米管(Co@NCNT)封装的CoPt₃@Co₂P异质结(CoPt₃@Co₂P/Co@NCNT)，以实现高效MOR和HER。

该催化剂独特的3D管状结构为气态产物扩散、离子传输和电子转移提供了有效的三相区域。随后，嵌入Co₂P/Co@NCNT载体中的金属Co通过简单的原位取代反应被Pt NPs取代，形成与Co₂P连接的CoPt₃合金，并封装在NCNT中，确保良好的分散性，暴露更多的活性位点，以及调节表面电子结构。

优化的CoPt₃@Co₂P/Co@NCNT在活性和耐久性方面对MOR和HER表现出优异的电催化性能。酸性介质中，MOR质量活性(2981 mA mg_Pt^-1)是商业Pt/C的14.2倍。对于HER，在1 M KOH中，在10 mA cm^-2时的过电位仅为19 mV。

使用CoPt₃@Co₂P/Co@NCNT进行阳极MOR和阴极HER的电解槽，仅需要1.43 V的低电压就能提供在10 mA cm^-2的电流密度。XPS分析和理论计算表明，在界面处电子从CoPt₃转移到Co₂P，其中CoPt₃上的电子空穴区有利于提高MOR活性，而Co₂P上的积累区有利于优化H₂O和H*吸收能。

因此，CoPt₃@Co₂P/Co@NCNT协同效应导致活性位点数量增加、质量/电荷转移加速、中间体的优化吸附以及电子结构改变，从而提升催化性能。这种简便的合成策略赋予了CoPt₃@Co₂P/Co@NCNT在其他有机物(例如甲酸、乙醇和尿素等)氧化反应以及HER催化制氢方面的巨大应用潜力。

In Situ Replacement Synthesis of Co@NCNT Encapsulated CoPt₃@Co₂P Heterojunction Boosting Methanol Oxidation and Hydrogen Evolution. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202104656