​温珍海/陈俊翔Nano Energy：一石二鸟，构建高熵硫化物用于提升燃料电池功率同步甘油电氧化

甘油是一种廉价且具有吸引力的生物衍生平台分子，用于生产高价值的化学品。其中，甲酸是甘油氧化(GOR)产生的更容易获得且有价值的产品。以甘油为燃料的直接醇类燃料电池(DAFC)，即直接甘油燃料电池(DGFC)，可以同时产生电力和高附加值的产品。应当注意的是，由于阳极甘油电氧化反应涉及复杂的多电子转移过程，开发低成本、高活性、稳定性好的催化剂是提高DGFC性能的关键。

迄今为止，贵金属及其合金是具有良好活性的GOR催化剂，但其成本高、储量不丰富限制了贵金属催化剂的大规模制备和工业化应用。因此，目前迫切需求寻找其他具有良好活性和选择性的非贵金属电催化剂用于催化GOR。

近日，中国科学院福建物构所温珍海和陈俊翔等采用一步水热法在碳布上原位生长FeCoNiCrMnS₂纳米颗粒(FeCoNiCrMnS₂/CC)，制备了高熵硫化物(HES)电极。

实验结果表明，所制备的FeCoNiCrMnS₂对甘油氧化表现出良好的催化活性和选择性，仅需1.10 V_RHE的低电位就能达到10 mA cm^-2的电流密度，并且在较宽的电压范围内甲酸的法拉第效率超过90%。理论计算表明，FeCoNiCrMnS₂中Ni和Co位点主要负责提高GOR催化活性，而Cr和Mn对Ni和Co位点的催化活性起着至关重要的调节作用。

此外，以FeCoNiCrMnS₂为阳极(在含0.1 M甘油的4 M KOH阳极电解液中)和以Pt/C为阴极(在2 M H₂SO₄阴极电解液中)组装的碱酸直接甘油燃料电池(AA-DGFC)，在80 °C下的峰值功率密度为50.1 mW cm⁻²；并且，在10 mA cm^-2放电电流密度下，通过机械充电和自动放电的方式连续运行120小时后，AA-DGFC性能没有明显下降，同时生成了高附加值的甲酸盐产物(平均产率为120μmol h^-1 cm^-2，法拉第效率超过80%)，表现出优异的活性和长期稳定性。

总的来说，该项工作不仅发掘了高熵硫化物在电催化领域潜在的广阔应用前景，而且为燃料电池同时释放高功率密度并实现生物质衍生为增值燃料提供了一种可行的方案。

High-power Hybrid Alkali-Acid Fuel Cell for Synchronous Glycerol Valorization Implemented by High-Entropy Sulfide Electrocatalyst. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108992